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CN114527057A - 在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统 - Google Patents

在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统 Download PDF

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CN114527057A
CN114527057A CN202210185571.1A CN202210185571A CN114527057A CN 114527057 A CN114527057 A CN 114527057A CN 202210185571 A CN202210185571 A CN 202210185571A CN 114527057 A CN114527057 A CN 114527057A
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Abstract

本发明涉及一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦‑探测系统，包括激光光源组件、激光等离子体光源组件、极紫外纳秒泵浦光路组件、红外飞秒探测成像光路组件和激光延时探测组件，激光等离子体光源组件和极紫外纳秒泵浦光路组件形成用于放置样品的真空腔体，其中，激光光源组件包括红外飞秒激光器和红外纳秒激光器，基于设定时序控制产生红外飞秒探测激光和红外纳秒泵浦光，红外纳秒泵浦光产生极紫外纳秒泵浦光并辐照样品，形成损伤区，红外飞秒探测光辐照样品的损伤区，损伤区的散射光经极紫外纳秒泵浦光路组件和红外飞秒探测成像光路组件实现成像，获得样品损伤区域形貌图。与现有技术相比，本发明具有装调简单、可重复性高等优点。

Description

在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统
技术领域
本发明涉及材料在极紫外光辐照下的损伤动力学过程的观测领域，尤其是涉及一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统。
背景技术
近几十年，随着极紫外光刻等技术的发展，极紫外波段光学元件和极紫外光刻材料都是该技术发展和应用不可或缺的元件和材料。在极紫外光辐照下光学元件的损伤问题和光刻材料的辐照刻蚀过程是极紫外光刻技术发展的重要科学和技术问题。因此，对极紫外波段光学元件和光刻材料的损伤动力学过程的在线监测对于极紫外光刻技术的发展应用非常重要。此外，光学元件受极紫外光辐照损伤动力学过程的研究能用以指导优化和改进极紫外波段光学薄膜制备工艺，提升光学元件的抗损伤能力。光刻材料受极紫外光辐照刻蚀动力学过程研究有助于优化其抗刻蚀性，以避免精细图案在刻蚀过程中出现塌陷或者重叠。
泵浦-探测是目前国际上比较常见的损伤动力学探测技术，其主要包括两种结构，在第一种结构中，单台激光器发出的激光被分束为双光束并加上延迟线，其中一束作为泵浦光辐照在样品上形成损伤，另外一束作为探测光在一定延迟时间后探测样品损伤区，在第二种结构中，使用了两台激光器以及脉冲信号输出控制模块，其中一台激光器输出激光作为泵浦光辐照在样品表面形成损伤，控制模块控制在一定延迟时间后，另外一台激光器输出激光作为探测光探测样品损伤区。迄今这两种泵浦-探测结构主要应用于红外和可见激光损伤实验。
目前，在极紫外辐照损伤领域鲜有报道泵浦-探测实验技术和方法。原因之一是用于实验室的高能量密度极紫外光源搭建困难，论文“Damage threshold measurements onEUV optics using focused radiation from a table-top laser produced plasmasource”(Frank Barkusky等，Optics Express，第18卷，第5册，第4346-4355页，2010年)中，Frank Barkusky等人公开了一种桌面型极紫外损伤实验装置，所述装置没有搭建泵浦-探测装置不能开展损伤动力学研究，其输出的最大极紫外光能量密度较低只有1.16J/cm2，可以开展损伤实验的样品有限。同济大学李文斌等人也发展了一套桌面高能量密度极紫外辐照损伤测试装置(发明名称：一种桌面型高能量密度极紫外辐照损伤测试装置，专利号：ZL201810596643.5)，其输出的13.5nm极紫外光能量密度最高为2.27J/cm2，能够测试极紫外损伤阈值更高的样品，但所述系统不具备泵浦-探测装置和功能。为开展极紫外波段损伤实验，国际上一般使用基于高能电子加速器的自由电子激光大型科学装置。论文“Ablationof solids using a femtosecond extreme ultraviolet free electron laser”(NikolaStojanovic等，Applied Physics Letters，第89期，241909，2006年)中介绍了利用德国汉堡FLASH极紫外自由电子激光开展的极紫外泵浦-光学激光探测实验，实验中泵浦光源为波长32.5nm、脉宽25fs的极紫外自由电子激光，探测激光为波长523nm、脉宽12ps的可见光，样品为Si。德国汉堡FLASH极紫外自由电子激光通过自发辐射自放大(SASE)模式产生，该工作模式存在极紫外光脉冲到达时间抖动性问题，影响了泵浦-探测时间分辨率，并且需在实验前花大量时间调试安装附加仪器。此外，自由电子激光作为大型科学装置存在设备体积庞大，造价高昂、实验机时有限、不能及时有效地开展实验等不足。
综上所述，极紫外损伤泵浦-探测实验存在以下问题尚未解决：1、目前极紫外纳秒损伤泵浦-探测实验尚无人涉足。2、自由电子激光输出极紫外脉冲时间抖动大，开展泵浦-探测实验前需要花费大量时间解决时间同步问题，并且自由电子激光属于超大型光源，造价昂贵机时有限，不方便随时开展损伤实验研究。3、尚缺乏一套能基于实验室的极紫外纳秒损伤泵浦-探测实验测试系统。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种装调简单、可重复性高的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，包括激光光源组件、激光等离子体光源组件、极紫外纳秒泵浦光路组件、红外飞秒探测成像光路组件和激光延时探测组件，所述激光等离子体光源组件和极紫外纳秒泵浦光路组件形成用于放置样品的真空腔体，其中，
所述激光光源组件包括红外飞秒激光器和红外纳秒激光器，所述红外飞秒激光器和红外纳秒激光器基于设定时序控制产生红外飞秒探测激光和红外纳秒泵浦光，所述红外纳秒泵浦光依次经激光等离子体光源组件和极紫外纳秒泵浦光路组件后，产生极紫外纳秒泵浦光并辐照样品，形成损伤区，所述红外飞秒探测光经红外飞秒探测成像光路组件后，辐照样品的损伤区，损伤区的散射光经极紫外纳秒泵浦光路组件和红外飞秒探测成像光路组件实现成像，获得样品损伤区域形貌图；
所述激光延时探测组件分别连接激光等离子体光源组件和红外飞秒探测成像光路组件，测量飞秒探测激光电信号和纳秒泵浦光电信号的时间抖动均方根误差，获得系统的时间分辨率。
进一步地，所述激光光源组件还包括相连接的两个脉冲信号发生器，各所述脉冲信号发生器分别对应连接红外飞秒激光器和红外纳秒激光器，所述脉冲信号发生器与红外飞秒探测成像光路组件连接，以触发成像。
进一步地，所述脉冲信号发生器为DG645脉冲信号发生器，所述红外飞秒激光器为Ti:Sapphire红外飞秒激光器，所述红外纳秒激光器为Nd:YAG红外纳秒激光器。
进一步地，所述激光等离子体光源组件包括用于放置靶材的靶材真空腔室，该靶材真空腔室外设置第一高反镜和第一分光镜，靶材真空腔室内设置有聚焦镜和平板石英玻璃，靶材真空腔室的腔壁上开设有多个安装有第一石英玻璃窗的通孔，所述红外纳秒激光器发出的红外纳秒泵浦光依次经第一高反镜、第一分光镜、第一石英玻璃窗、聚焦镜和平板石英玻璃聚焦于可旋转运动的靶材上，产生激光等离子体光源。
进一步地，所述极紫外纳秒泵浦光路组件包括用于放置样品的物镜腔室，该物镜腔室与靶材真空腔室连通，形成所述真空腔体，物镜腔室内设置有改进型施瓦兹希尔德物镜、反射镜和锆滤片，所述激光等离子体光源依次经锆滤片、反射镜和改进型施瓦兹希尔德物镜后，聚焦于样品表面，所述反射镜以半挡光的形式设置。
进一步地，所述红外飞秒探测成像光路组件包括第二高反镜、第一1/2波片、第一偏振分光镜、第二石英玻璃窗、第一光阑、1/4波片、第二光阑、第二偏振分光镜、第三高反镜、扩束镜、第三光阑、第二分光镜、第二1/2波片、带通滤波片和CCD，所述红外飞秒激光器产生的红外飞秒探测激光依次经第二高反镜、第一1/2波片、第一偏振分光镜、第二石英玻璃窗、第二光阑、第三高反镜、扩束镜、第三光阑、第二分光镜、第二1/2波片、第二偏振分光镜、1/4波片、第一光阑和第二石英玻璃窗后进入真空腔体，辐照样品的损伤区，损伤区的散射光返回，经第二石英玻璃窗、第一光阑、1/4波片、第二光阑、第二偏振分光镜和带通滤波片后，成像于CCD。
进一步地，所述激光延时探测组件包括第一光电二极管、第二光电二极管以及示波器，所述第一光电二极管与激光等离子体光源组件连接，所述第二光电二极管与红外飞秒探测成像光路组件连接，所述示波器分别连接第一光电二极管和第二光电二极管，示波器通过第一光电二极管采集红外纳秒泵浦光信号，示波器通过第二光电二极管采集红外飞秒探测光信号。
进一步地，该系统还包括用于改变极紫外纳秒泵浦光能量的极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件，该极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件包括依次连接的针阀、毛细管、减压阀和气瓶，所述针阀与真空腔体连接。
进一步地，所述样品安装于样品架上，所述样品架设置于一真空三维位移台上。
进一步地，该系统还包括用于测量和调节真空度的真空组件，该真空组件包括真空规、真空计、手阀、机械泵和分子泵，所述真空规和手阀均与真空腔体连接，所述真空计与真空规连接，所述机械泵、分子泵和手阀依次连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明可同时实现极紫外纳秒光泵浦和红外飞秒激光探测成像，体积小，桌面化，装调简单，便于在实验室光学台上随时开展极紫外纳秒光泵浦-飞秒激光探测成像实验。
2、本发明具有微米量级高空间分辨本领，并且在红外飞秒探测成像光路中使用了1/4波片结合偏振分光镜的组合，实现飞秒探测光(P偏振)和飞秒探测入射光(S偏振)的有效分离，并实现了飞秒探测光和其他波段杂散光的分离，减小了本底光信号的干扰，有效提高了成像信噪比。
3、本发明结合两台高精度数字延时脉冲信号发生器控制极紫外泵浦光光源的红外纳秒激光器和探测光源的红外飞秒激光器单脉冲激光的精确输出，控制精度为2ps，延迟时间在-1ms到2000s之间任意可调，本发明极紫外泵浦-探测系统具有百皮秒高时间分辨本领。
4、本发明极紫外泵浦光和红外探测激光输出单脉冲能量稳定性高，能量波动均方根值分别为0.1％和3.6％，并且极紫外泵浦光和红外探测光同时具有较高位置稳定性，具有实验测量可重复性高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明空间分辨率测试示意图，其中，(a)为测试中CCD的结果示意图，(b)为(a)中白色框选区域数据的拟合图；
图3为红外飞秒探测激光相对极紫外纳秒泵浦光的延迟时间为τ时，脉冲信号发生器信号输出的时间序列图；
图4为双层膜样品(B4C层6nm/Ru层30nm/Glass基底)在极紫外纳秒泵浦光辐照下，分别于-10n、-8ns、-4ns、-2ns、2ns、6ns、16ns、200ns以及无穷延迟时间在红外飞秒探测激光照明下，由CCD采集的损伤形貌图；
图5中方格标识为双层膜样品(B4C层6nm/Ru层30nm/Glass基底)在极紫外纳秒泵浦光辐照下，损伤面积随着延迟时间增加的变化趋势，图5中实线标识为极紫外纳秒泵浦光随时间的分布情况；
图中标号：1为激光光源组件，101为红外飞秒激光器，102为第一脉冲信号发生器，103为第二脉冲信号发生器，104为红外纳秒激光器，2为激光等离子体光源组件，201为靶材真空腔室，202为第一高反镜，203为第一分光镜，204为第一石英玻璃窗，205为聚焦镜，206为平板石英玻璃，207为靶材旋转电机，208为靶材，3为极紫外纳秒泵浦光路组件，301为改进型施瓦兹希尔德物镜，302为物镜腔室，303为反射镜，304为锆滤片，4为极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件，401为针阀，402为毛细管，403为减压阀，404为气瓶，5为红外飞秒探测成像光路组件，501为第二高反镜，502为第一1/2波片，503为第一挡光板，504为第一偏振分光镜，505为第二石英玻璃窗，506为第一光阑，507为1/4波片，508为第二挡光板，509为第二光阑，510为第二偏振分光镜，511为第三高反镜，512为扩束镜，513为第三光阑，514为第二分光镜，515为第二1/2波片，516为带通滤波片，517为CCD，6为激光延时探测组件，601为第一光电二极管，602为第二光电二极管，603为示波器，7为真空组件，701为真空规，702为真空计，703为手阀，704为机械泵，705为分子泵，8为样品台组件，801为真空三维位移台，802为样品架，803为样品，901为控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，能方便地放置在实验室光学平台上进行实验，包括激光光源组件1、激光等离子体光源组件2、极紫外纳秒泵浦光路组件3、红外飞秒探测成像光路组件5和激光延时探测组件6，激光等离子体光源组件2和极紫外纳秒泵浦光路组件3形成用于放置样品803的真空腔体，其中，激光光源组件1包括红外飞秒激光器101和红外纳秒激光器104，红外飞秒激光器101和红外纳秒激光器104基于设定时序控制产生红外飞秒探测激光和红外纳秒泵浦光，红外纳秒泵浦光依次经激光等离子体光源组件2和极紫外纳秒泵浦光路组件3后，产生极紫外纳秒泵浦光并辐照样品803，形成损伤区，红外飞秒探测光经红外飞秒探测成像光路组件5后，辐照样品803的损伤区，损伤区的散射光经极紫外纳秒泵浦光路组件3和红外飞秒探测成像光路组件5实现成像，获得样品损伤区域形貌图；激光延时探测组件6用于测量延迟时间和时间分辨率，分别连接激光等离子体光源组件2和红外飞秒探测成像光路组件5，测量飞秒探测激光电信号和纳秒泵浦光电信号的时间抖动均方根误差，以获得系统的时间分辨率。
本实施例中，为了方便实现红外飞秒探测激光和极紫外纳秒泵浦光之间的时序控制，激光光源组件1还包括相连接的两个脉冲信号发生器，分别是第一脉冲信号发生器102和第二脉冲信号发生器103，第一脉冲信号发生器102与红外飞秒激光器101连接，第二脉冲信号发生器103与红外纳秒激光器104连接，第二脉冲信号发生器103还与红外飞秒探测成像光路组件5连接，以触发成像。
具体地，两个脉冲信号发生器均为DG645脉冲信号发生器，红外飞秒激光器101为工作波长800nm的Ti:Sapphire红外飞秒激光器，红外纳秒激光器104为工作波长1064nm的Nd:YAG红外纳秒激光器。通过两个脉冲信号发生器精确控制1064nm红外纳秒泵浦光和800nm红外飞秒探测激光输出，实现对样品在极紫外纳秒泵浦光辐照下高空间和时间分辨的损伤动力学过程成像探测。
本实施例中，激光光源组件1中各部件的连接关系具体为：
Ti:Sapphire红外飞秒激光器101的1kHz频率主控时钟信号输入至DG645脉冲信号发生器102的T0输入端。所述DG645脉冲信号发生器102将上述频率为1kHz的TTL信号降频为10Hz的TTL信号，经其AB和CD输出端分别连接DG645脉冲信号发生器103的T0端作为同步时钟信号和Nd:YAG红外纳秒激光器104的Pump Trigger输入端作为泵浦控制信号。DG645脉冲信号发生器103的AB和CD输出端分别与Ti:Sapphire红外飞秒激光器101的两个光电普克尔开关信号的Trigger 1和Trigger 2输入端连接并输出幅值1.5V、宽度5μs的单TTL信号，控制其输出单脉冲飞秒激光。DG645脉冲信号发生器103的EF输出端与Nd:YAG红外纳秒激光器(104)的Q-Switch Trigger输入端连接并输出幅值5V、宽度1μs的单TTL信号，控制其输出单脉冲纳秒激光。DG645脉冲信号发生器103的GH输出端幅值3.3V、宽度1μs的单TTL信号，在探测光抵达红外飞秒探测成像光路组件5的CCD前触发CCD采集瞬态图像。
在泵浦-探测实验过程中，DG645脉冲信号发生器102的AB、CD端输出信号上升沿位置分别为T1、T2，DG645脉冲信号发生器103的AB、CD、EF和GH端输出信号上升沿位置分别为T3、T4、T5和T6，极紫外纳秒泵浦光峰值位置作为零时刻，红外飞秒探测光相对纳秒泵浦光延迟τ时间后输出，τ的取值范围-1ms至2000s之间。T2与T1时间间隔为(825.738095-τ)μs，T3与T1时间间隔为1001.784750μs，T6与T1时间间隔为1000.896250μs，T4与T3时间间隔为111.5ns，T5与T2时间间隔为176μs。经DG645脉冲信号发生器控制输出的单脉冲纳秒泵浦光和红外飞秒探测激光的能量波动均方根值分别为0.1％和3.6％。
在具体实施方式中，激光等离子体光源组件2包括用于放置靶材208的靶材真空腔室201，该靶材真空腔室201外设置第一高反镜202和第一分光镜203，靶材真空腔室201内设置有聚焦镜205和平板石英玻璃206，靶材真空腔室201的腔壁上开设有多个安装有第一石英玻璃窗204的通孔，红外纳秒激光器104发出的红外纳秒泵浦光依次经第一高反镜202、第一分光镜203、第一石英玻璃窗204、聚焦镜205和平板石英玻璃206，具体是1064nm红外纳秒激光经1064nm波长高反镜202以45度角经1064nm波长分光镜203、石英玻璃窗204入射进入靶材真空腔室201，再依次经1064nm波长聚焦镜205、平板石英玻璃206聚焦到钨-铜合金靶材208上，产生激光等离子体光源。本实施例中，第一高反镜202、第一分光镜203和聚焦镜205均为1064nm波长的元件。本实施例中，靶材208为钨-铜合金靶材，靶材208与一靶材旋转电机207连接，以实现旋转。
在具体实施方式中，极紫外纳秒泵浦光路组件3包括用于放置样品803的物镜腔室302，该物镜腔室302与靶材真空腔室201连通，形成真空腔体，物镜腔室302内设置有改进型施瓦兹希尔德物镜301、反射镜303和锆滤片304，锆滤片304用于滤除可见和红外光，激光等离子体光源依次经锆滤片304、反射镜303和改进型施瓦兹希尔德物镜301后，13.5nm极紫外光波被反射镜303遮挡一半进入物镜腔室302，经改进型施瓦兹希尔德物镜301聚焦辐照在样品803表面，反射镜303以半挡光的形式设置，方便遮挡极紫外纳米泵浦光。本实施例中，改进型施瓦兹希尔德物镜301由环形球面主镜3011和环形球面副镜3012构成，用于反射13.5nm极紫外光并聚焦于样品803表面。
在具体实施方式中，红外飞秒探测成像光路组件5包括第二高反镜501、第一1/2波片502、第一偏振分光镜504、第二石英玻璃窗505、第一光阑506、1/4波片507、第二光阑509、第二偏振分光镜510、第三高反镜511、扩束镜512、第三光阑513、第二分光镜514、第二1/2波片515、带通滤波片516和CCD517，第一偏振分光镜504连接有第一挡光板503，第二偏振分光镜510连接有第二挡光板508，红外飞秒激光器101产生的红外飞秒探测激光依次经第二高反镜501、第一1/2波片502、第一偏振分光镜504、第二石英玻璃窗505、第二光阑509、第三高反镜511、扩束镜512、第三光阑513、第二分光镜514、第二1/2波片515、第二偏振分光镜510、1/4波片507、第一光阑506和第二石英玻璃窗505后进入真空腔体，辐照样品803的损伤区，损伤区的散射光返回，经第二石英玻璃窗505、第一光阑506、1/4波片507、第二光阑509、第二偏振分光镜510和带通滤波片516后，成像于CCD517。具体地，第二高反镜501、第一1/2波片502、第一偏振分光镜504、1/4波片507、第二偏振分光镜510、第三高反镜511、扩束镜512、第二分光镜514、第二1/2波片515和带通滤波片516均为800nm波长的元件，其中，800nm波长1/2波片502与800nm波长偏振分光镜504共同构成一套800nm红外飞秒激光能量调节器，通过旋转800nm波长1/2波片502角度，改变经800nm波长偏振分光镜504透射P偏振激光能量，515与510组件构成一套同样的能量调节器。Ti:Sapphire红外飞秒激光器101输出的单脉冲激光依次经过501、502、504、509、511、512、513、514、515，此后800nm波长偏振分光镜510反射的S偏振红外飞秒探测激光通过800nm波长1/4波片507和石英玻璃窗505进入真空腔体，再经所述反射镜303反射辐照样品损伤区。反射镜303安装在直线导入器上，以半挡光的形式遮挡极紫外泵浦光，从而实现极紫外纳秒泵浦光辐照样品并且红外飞秒探测光可以经反射镜303反射辐照样品损伤区。损伤区的散射光再经过所述改进型施瓦兹希尔德物镜301沿反向光路放大成像，并经反射镜303和石英玻璃窗505进入空气环境，返回的红外探测光束再次经过800nm波长1/4波片507和800nm波长偏振分光镜510，P偏振透射飞秒探测光经过800nm波长带通滤波片516成像于CCD517。该光路实现了携带样品损伤区域信息的飞秒探测光P偏振和飞秒探测入射光S偏振以及其他杂散光的有效分离，减小了本底信号的干扰，有效提高了成像信噪比。将600目金属铜网格放置在改进型施瓦兹希尔德物镜301的焦点处，经红外飞秒激光照明，放大成像在CCD517上，成像图经分析处理得到本系统的空间分辨率为3.18μm。
在具体实施方式中，激光延时探测组件6包括第一光电二极管601、第二光电二极管602以及示波器603，第一光电二极管601与激光等离子体光源组件2连接，第二光电二极管602与红外飞秒探测成像光路组件5连接，示波器603分别连接第一光电二极管601和第二光电二极管602，示波器603通过第一光电二极管601采集由1064nm波长分光镜203反射的红外纳秒泵浦光信号，示波器603通过第二光电二极管602采集由800nm波长分光镜514反射的红外飞秒探测光信号。以飞秒探测激光电信号的上升沿中点与纳秒泵浦光电信号峰值位置重合作为延迟零时刻，多次测量两束激光电信号的时间抖动的均方根误差，获得本系统的时间分辨率为300ps，满足高时间分辨纳秒损伤动力学测试要求。
在具体实施方式中，样品803安装于样品架802上，样品架802设置于一真空三维位移台801上，真空三维位移台801、样品架802和样品803组成样品台组件8。
本实施例设置有一控制器901，该控制器901分别连接真空三维位移台801、靶材旋转电机207和CCD517，控制固定样品803的样品架802的三维方向进行精确移动以及靶材208的旋转，并保存由CCD517采集的损伤区形貌图。
在本实施例中，控制器可采用现有技术中已然应用成熟且广泛的电脑、MCU控制模块、PLC工业控制模块等等，或者现有技术中其他的能够实现控制功能的且适用于该发明进行控制的控制模块都可以进行采购应用，在此并不做限制。
在本实施例中，样品803为双层膜样品(B4C层6nm/Ru层30nm/Glass基底)，尺寸为20mm×20mm×1mm。
利用上述线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统进行损伤测试的具体步骤包括：
步骤1、将样品803为双层膜样品(B4C层6nm/Ru层30nm/Glass基底)置于样品架802上固定。
步骤2、使真空腔体内的气压稳定在25Pa，此时对应极紫外纳秒泵浦光聚焦于样品表面的能量密度为0.32J/cm2，高于本实施例中的样品803的损伤阈值。
步骤3、设置两台DG645的延迟时间τ，控制Nd:YAG红外纳秒激光器104产生产生波长为1064nm的红外纳秒泵浦光，经激光等离子体泵浦光源组件2和极紫外纳秒泵浦光路组件3，激光作用于钨-铜合金靶材208，产生波长为13.5nm高能量密度极紫外纳秒泵浦光并辐照样品803；经延迟τ时间后，Ti:Sapphire红外飞秒激光器101发射800nm红外飞秒单脉冲探测激光，经红外飞秒探测成像光路组件5进入真空腔体，由反射镜303反射辐照样品损伤区，损伤区的散射光再经过所述改进型施瓦兹希尔德物镜301沿反向光路放大成像，并经反射镜303和石英玻璃窗505进入空气环境，返回的红外探测光束再次经过800nm波长1/4波片507和800nm波长偏振分光镜510，P偏振透射飞秒探测光经过800nm波长带通滤波片516成像于CCD517，输出像图并保存。
步骤4、改变泵浦光和探测激光之间的延迟时间τ，重复步骤3获得不同延迟时间的损伤形貌图。
步骤5、后处理损伤形貌图数据，计算不同延迟时间的损伤面积，作图得到损伤面积随着延迟时间变化曲线。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例通过极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件4改变极紫外纳秒泵浦光能量，该极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件4包括依次连接的针阀401、毛细管402、减压阀403和气瓶404，针阀401与真空腔体连接。
进一步地，本实施例通过真空组件7测量和调节真空度的真空组件7，该真空组件7包括真空规701、真空计702、手阀703、机械泵704和分子泵705，真空规701和手阀703均与真空腔体连接，真空计702与真空规701连接，机械泵704、分子泵705和手阀703依次连接，可通过手阀703限制分子泵705的抽气速率。
利用本实施例的系统进行损伤测试时，利用真空组件7对靶材真空腔室201和物镜腔室302抽真空，通过真空计702读取真空腔体内的真空度。当真空度低于8E-1Pa时，打开气瓶404及其减压阀403，再缓慢打开针阀401将氮气通入真空腔，直到真空计702显示的真空度稳定在3Pa，通过针阀401以及手阀703控制气体进气量，达到改变极紫外纳秒泵浦光能量的目的，通过手阀703限制分子泵705的抽气速率，使得腔体内的气压稳定在25Pa。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，包括激光光源组件(1)、激光等离子体光源组件(2)、极紫外纳秒泵浦光路组件(3)、红外飞秒探测成像光路组件(5)和激光延时探测组件(6)，所述激光等离子体光源组件(2)和极紫外纳秒泵浦光路组件(3)形成用于放置样品(803)的真空腔体，其中，
所述激光光源组件(1)包括红外飞秒激光器(101)和红外纳秒激光器(104)，所述红外飞秒激光器(101)和红外纳秒激光器(104)基于设定时序控制产生红外飞秒探测激光和红外纳秒泵浦光，所述红外纳秒泵浦光依次经激光等离子体光源组件(2)和极紫外纳秒泵浦光路组件(3)后，产生极紫外纳秒泵浦光并辐照样品(803)，形成损伤区，所述红外飞秒探测光经红外飞秒探测成像光路组件(5)后，辐照样品(803)的损伤区，损伤区的散射光经极紫外纳秒泵浦光路组件(3)和红外飞秒探测成像光路组件(5)实现成像，获得样品损伤区域形貌图；
所述激光延时探测组件(6)分别连接激光等离子体光源组件(2)和红外飞秒探测成像光路组件(5)，测量飞秒探测激光电信号和纳秒泵浦光电信号的时间抖动均方根误差，获得系统的时间分辨率。
2.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述激光光源组件(1)还包括相连接的两个脉冲信号发生器，各所述脉冲信号发生器分别对应连接红外飞秒激光器(101)和红外纳秒激光器(104)，所述脉冲信号发生器与红外飞秒探测成像光路组件(5)连接，以触发成像。
3.根据权利要求2所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述脉冲信号发生器为DG645脉冲信号发生器，所述红外飞秒激光器(101)为Ti:Sapphire红外飞秒激光器，所述红外纳秒激光器(104)为Nd:YAG红外纳秒激光器。
4.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述激光等离子体光源组件(2)包括用于放置靶材(208)的靶材真空腔室(201)，该靶材真空腔室(201)外设置第一高反镜(202)和第一分光镜(203)，靶材真空腔室(201)内设置有聚焦镜(205)和平板石英玻璃(206)，靶材真空腔室(201)的腔壁上开设有多个安装有第一石英玻璃窗(204)的通孔，所述红外纳秒激光器(104)发出的红外纳秒泵浦光依次经第一高反镜(202)、第一分光镜(203)、第一石英玻璃窗(204)、聚焦镜(205)和平板石英玻璃(206)聚焦于可旋转运动的靶材(208)上，产生激光等离子体光源。
5.根据权利要求4所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述极紫外纳秒泵浦光路组件(3)包括用于放置样品(803)的物镜腔室(302)，该物镜腔室(302)与靶材真空腔室(201)连通，形成所述真空腔体，物镜腔室(302)内设置有改进型施瓦兹希尔德物镜(301)、反射镜(303)和锆滤片(304)，所述激光等离子体光源依次经锆滤片(304)、反射镜(303)和改进型施瓦兹希尔德物镜(301)后，聚焦于样品(803)表面，所述反射镜(303)以半挡光的形式设置。
6.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述红外飞秒探测成像光路组件(5)包括第二高反镜(501)、第一1/2波片(502)、第一偏振分光镜(504)、第二石英玻璃窗(505)、第一光阑(506)、1/4波片(507)、第二光阑(509)、第二偏振分光镜(510)、第三高反镜(511)、扩束镜(512)、第三光阑(513)、第二分光镜(514)、第二1/2波片(515)、带通滤波片(516)和CCD(517)，所述红外飞秒激光器(101)产生的红外飞秒探测激光依次经第二高反镜(501)、第一1/2波片(502)、第一偏振分光镜(504)、第二石英玻璃窗(505)、第二光阑(509)、第三高反镜(511)、扩束镜(512)、第三光阑(513)、第二分光镜(514)、第二1/2波片(515)、第二偏振分光镜(510)、1/4波片(507)、第一光阑(506)和第二石英玻璃窗(505)后进入真空腔体，辐照样品(803)的损伤区，损伤区的散射光返回，经第二石英玻璃窗(505)、第一光阑(506)、1/4波片(507)、第二光阑(509)、第二偏振分光镜(510)和带通滤波片(516)后，成像于CCD(517)。
7.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述激光延时探测组件(6)包括第一光电二极管(601)、第二光电二极管(602)以及示波器(603)，所述第一光电二极管(601)与激光等离子体光源组件(2)连接，所述第二光电二极管(602)与红外飞秒探测成像光路组件(5)连接，所述示波器(603)分别连接第一光电二极管(601)和第二光电二极管(602)，示波器(603)通过第一光电二极管(601)采集红外纳秒泵浦光信号，示波器(603)通过第二光电二极管(602)采集红外飞秒探测光信号。
8.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，该系统还包括用于改变极紫外纳秒泵浦光能量的极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件(4)，该极紫外纳秒泵浦光能量衰减组件(4)包括依次连接的针阀(401)、毛细管(402)、减压阀(403)和气瓶(404)，所述针阀(401)与真空腔体连接。
9.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，所述样品(803)安装于样品架(802)上，所述样品架(802)设置于一真空三维位移台(801)上。
10.根据权利要求1所述的在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统，其特征在于，该系统还包括用于测量和调节真空度的真空组件(7)，该真空组件(7)包括真空规(701)、真空计(702)、手阀(703)、机械泵(704)和分子泵(705)，所述真空规(701)和手阀(703)均与真空腔体连接，所述真空计(702)与真空规(701)连接，所述机械泵(704)、分子泵(705)和手阀(703)依次连接。
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