一种光照-X射线光电子能谱同步分析测试装置

本发明涉及表面分析仪器，具体是指一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置。

背景技术：

1、光电子能谱技术是研究材料表面电子结构的重要手段，x射线光电子能谱通过单色化x射线激发样品产生光电子，分析光电子的动能分布获得元素组成和化学态信息。

2、然而，许多功能材料的光电特性具有显著的光照响应特性，如光催化材料、光伏材料及光致变色材料等，其电子结构在光照条件下会发生动态变化。

3、传统的x射线光电子能谱测试只能在暗态或单一光照条件下进行，无法实时捕捉光照诱导的电子态演变过程。

4、目前的光电子能谱测试装置光源激发与x射线激发相互独立，缺乏时序协调机制，无法实现两种激发源的同步控制，且背景干扰影响能谱精度，无法识别光照诱导的特征电子态变化。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服以上技术缺陷，提供一种能够实现光照激发与x射线激发同步控制、具备时间分辨能力的光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，包括光源激发单元、x射线发射单元、样品分析腔、光电子探测单元及数据处理单元；

3、所述光源激发单元向样品分析腔内的待测样品提供可控波长和强度的光照激发，x射线发射单元向样品分析腔内的待测样品提供单色化x射线激发；

4、所述样品分析腔分别与光源激发单元和x射线发射单元连接，样品分析腔内为真空环境并承载待测样品，所述待测样品在光照激发和x射线激发的协同作用下产生光电子发射，光照激发用于调控样品的电子占据态，x射线激发用于将受激态电子电离为可探测的光电子；

5、所述光电子探测单元采集待测样品发射的光电子信号，并将光电子信号转换为电信号后输出至数据处理单元，数据处理单元接收电信号并生成光电子能谱数据及光照-x射线协同分析结果。

6、优选的，还包括同步控制单元，所述同步控制单元分别与光源激发单元、x射线发射单元和光电子探测单元信号连接，协调光照激发、x射线激发和光电子采集的时序关系，并将时序标记信息传输至数据处理单元。

7、优选的，所述光源激发单元包括宽谱光源模块、波长选择模块和光强调节模块；

8、所述宽谱光源模块的输出端与波长选择模块的输入端连接，所述波长选择模块的输出端与光强调节模块的输入端连接，所述光强调节模块的输出端与样品分析腔连接。

9、优选的，所述x射线发射单元包括x射线源模块、单色化模块和聚焦传输模块；

10、所述x射线源模块的输出端与单色化模块的输入端连接，所述单色化模块的输出端与聚焦传输模块的输入端连接，所述聚焦传输模块的输出端与样品分析腔连接。

11、优选的，所述样品分析腔包括真空维持模块、样品承载模块和温度调控模块；

12、所述真空维持模块将样品分析腔内的气压维持在预设真空度范围，样品承载模块固定待测样品并调节样品的空间姿态使光照激发和x射线激发精准作用于样品表面；

13、所述温度调控模块调节待测样品的温度并维持温度。

14、优选的，所述光电子探测单元包括电子能量分析器和信号转换器，所述电子能量分析器的输入端与样品分析腔连接，按能量色散待测样品发射的光电子；

15、所述信号转换器与电子能量分析器的输出端连接，将色散后的光电子信号转换为数字电信号并传输至数据处理单元。

16、优选的，所述数据处理单元包括能谱重建模块和光照关联分析模块，能谱重建模块接收光电子探测单元输出的数字电信号，基于能量色散关系重建光电子能谱；

17、所述光照关联分析模块与能谱重建模块连接，将光电子能谱与对应的光照激发参数进行关联比对，识别光照诱导的电子态变化特征，所述光照关联分析模块通过比对暗态与光照状态下的光电子能谱峰位偏移及强度变化，量化光照诱导的表面电势及载流子浓度变化。

18、优选的，所述同步控制单元包括时序控制器和延时调节器，时序控制器生成基准时钟信号并分发至光源激发单元、x射线发射单元和光电子探测单元；

19、所述延时调节器与时序控制器连接，对基准时钟信号进行相位微调，延时调节范围覆盖纳秒至毫秒量级，使光照触发脉冲、x射线触发脉冲和光电子采集窗口按预设时间间隔精确对齐。

20、优选的，还包括环境补偿单元；

21、所述环境补偿单元采集样品分析腔的真空度和温度背景信息，将获取的信息输出至数据处理单元；

22、所述数据处理单元基于背景信息对光电子能谱数据进行背景扣除和漂移校正，所述背景扣除基于真空度传感器采集的本底压强数据修正残余气体散射噪声，所述漂移校正基于温度传感器采集的样品台温度数据修正热漂移引起的能谱峰位偏移。

23、本发明与现有技术相比的优点在于：

24、通过同步控制单元协调光照激发、x射线激发和光电子采集的时序关系，实现两种激发源的精确同步与协同；

25、通过光源激发单元的波长选择和光强调节模块，实现光照条件的连续可控，系统研究不同光照对电子结构的影响，数据处理单元的光照关联分析模块，自动识别光照诱导电子态变化特征；通过环境补偿单元进行背景扣除和漂移校正，提升测试精度；

26、整体克服了传统装置激发源独立、时间分辨不足及分析孤立的问题，实现了光照-x射线协同的动态电子结构表征。

1.一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：包括光源激发单元、x射线发射单元、样品分析腔、光电子探测单元及数据处理单元；

2.根据权利要求1所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：还包括同步控制单元，所述同步控制单元分别与光源激发单元、x射线发射单元和光电子探测单元信号连接，协调光照激发、x射线激发和光电子采集的时序关系，并将时序标记信息传输至数据处理单元。

3.根据权利要求1所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：所述光源激发单元包括宽谱光源模块、波长选择模块和光强调节模块；

4.根据权利要求1所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：所述x射线发射单元包括x射线源模块、单色化模块和聚焦传输模块；

5.根据权利要求1所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：所述样品分析腔包括真空维持模块、样品承载模块和温度调控模块；

6.根据权利要求1所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：所述光电子探测单元包括电子能量分析器和信号转换器，所述电子能量分析器的输入端与样品分析腔连接，按能量色散待测样品发射的光电子；

7.根据权利要求1所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：所述数据处理单元包括能谱重建模块和光照关联分析模块，能谱重建模块接收光电子探测单元输出的数字电信号，基于能量色散关系重建光电子能谱；

8.根据权利要求2所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：所述同步控制单元包括时序控制器和延时调节器，时序控制器生成基准时钟信号并分发至光源激发单元、x射线发射单元和光电子探测单元；

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种光照-x射线光电子能谱同步分析测试装置，其特征在于：还包括环境补偿单元；