光通量量測

本研究以雙離子腔體法測量光束線08A1 在 13.5 nm 及 6.7 nm 的輸出 光通量，實驗儀器圖如下圖13 所示，本實驗團隊對於量測光通量實驗步驟 作解說，其實驗儀器之介紹請參見參考文獻。⁸

圖 13 雙離子腔體結構示意圖

本實驗使用之光源能量為91.84 eV (波長為 13.5 nm )與 185.05 eV (波長 為6.7 nm )，雙離子腔體系統內的氣體會吸收光子能量而游離，由於光束線 上的可調式光柵與光狹縫在使用上存在微小的機器延遲( Backlash )影響，

在實驗前須先使用氪氣( Kr )的光吸收特徵峰校正同步輻射光源能量，由本 實驗室先前研究中可知此實驗與光源能量校正方式。⁸ 雙 離 子 腔 體 系 統 內 的 氣 體 經 游離後，高能電子會與氣體樣品產生二次游離影響雙離子腔體中 離子收集電極收集到的離子收集電流( i )，而此電流值則為光游離離子電流 ( )與二次電子游離電流( )的加總，如式(13)，

(13)

foil

為使光游離離子在雙離子腔體中碰撞減少，將通入腔體內的氣體流量減

total number of ions produced total number of photons absorbed Γ =

上為使光游離離子產率趨近1，將鈍性氣體( Xe )通入雙離子腔體中，並控 制氣體流量調整在腔體內的氣體粒子密度，經過反覆測量在不同氣體壓力 下的光游離離子收集電流( i₁與i₂ )，由式(12)換算成在該氣體粒子密度下的 光通量，並如同圖13(a)將各氣體壓力下的光通量由小至大排列可得如圖 13 (b)，由圖 14 (b)可得知在此光源下的絕對光通量。

圖 14 光游離量子產率計算方式圖 (a)文獻中換算方式 (b)本研究測量結 果

γ₀ 為該實驗氣體的光游離量子產率，此產率與氣體粒子密度無關，須從文 獻值中取得，而圖14(a)中的 γ 在本研究計算視為 Γ。¹⁴

在不同光狹縫寬度下，光通量實驗結果可與雙離子腔體系統上設置在前 端的測量電流金屬網( mesh )與設置在腔體後端的光雙偶極體( photodiode ) 的量測結果做比較，其相關性為線性，如圖 15 與圖 16 所示， 因此可推算 在不同光狹縫下，光雙偶極體與金屬網電流所接收到的光通量。

圖 15 在 13.5nm 光源下的光通量與測量(a)金屬網電流值 (b)光雙偶極體 電流值比較圖

圖16 6.7nm 光源下的光通量與測量(a)金屬網電流值 (b)光雙偶極體電流值 比較圖

上述雙離子腔體實驗的數據皆由低電流表( Keithley 6514 )做量測，由圖 13 所示，所需電表讀值依序為在出口狹縫處監視光束線輸出光子量的金屬 環( mesh )，與在腔體內的二個 17.2 cm 等長的不鏽鋼圓桿懸浮作為離子收 集電極收集因光游離產生的電子，再由接地的電表測得電流值 i₁ 與 i₂，最 後則在腔體後端所放置的光電偶極體( photodiode AXUV100G )接至接地的 電表，用於量測在光電偶極體所收集到的光子轉換成電流值，且為避免光

電偶極體反射光線造成離子腔體內的二次光吸收，需將光電偶極體的量測 面法線與光束線方向約呈45 。

因此需挑選適用且經過歸零校正後的電表進行實驗，為確認所需要四個 電表的讀值誤差，將電表個別連接系統內測量光強度的光電偶極體，所取 得的電流讀值結果如圖17 所示，1 號電表在低電流值時測量為負值與其他 電表不能相符，所以選擇使用 2 到 5 號電表作為實驗使用，其中 2 號與 3 號在各種電流值皆有較相近的讀數，故將此兩電表置於測量離子電流值 ( ， )可減少來自電表讀值的誤差。

圖17 電表測量比較圖