真空光学窗口是连接超高真空（UHV）环境与外部大气或较低真空区域的关键元件，允许光信号（如紫外、可见光、红外光、X射线等）传输，同时保持系统的真空完整性。

真空光学窗口

核心作用

真空隔离：表面分析仪器需在超高真空（≤10^-7Pa）下工作，以防止气体分子污染样品表面。光学窗口将分析腔体与外部环境隔离，同时允许特定波长的光信号进出。

信号传输：实现光子入射激发样品（如激发光、电子束辅助光源）或收集样品发出的光信号（如荧光、拉曼散射、等离子体共振信号）。

在具体表面分析技术中的应用

X射线光电子能谱（XPS）

- 应用：XPS需使用软X射线激发样品，通过检测逸出电子的能量分析表面元素与化学态。

- 窗口角色：

- 保护X射线源：若X射线源置于大气侧，需用薄窗（如氮化硅膜）隔离真空，同时低吸收透过X射线。

- 同步辐射光源：同步辐射线束需经真空传输，窗口隔离前端储存环超高真空与终端分析腔。

紫外光电子能谱（UPS）

- 使用紫外光（如He I=21.2 eV）激发价带电子，研究能带结构。

- 窗口需对紫外光高透过（如氟化镁、蓝宝石），且无荧光背景干扰。

原位光谱联用分析

- 红外光谱：在催化、电化学原位研究中，红外光通过硒化锌（ZnSe）、氟化钙（CaF₂）等中红外窗口照射样品，检测表面吸附物种的振动信号。

- 拉曼光谱：通过窗口进行原位监测材料表面相变、应力分布等，窗口需高透过、低拉曼背景（如熔融石英）。

- 椭偏光谱：通过窗口测量薄膜厚度与光学常数，常用于半导体工艺在线监测。

等离子体光谱与表面增强拉曼（SERS）

- 窗口用于激光入射与信号收集，研究金属纳米结构表面等离子体共振与分子增强效应。

低能电子衍射（LEED）与光发射电子显微镜（PEEM）

- 窗口允许紫外/软X射线入射激发样品表面，同时保持电子光学系统的真空。

同步辐射相关技术

- 同步辐射光束线中，多个真空级联段用窗口（如铍窗、氮化硅膜）隔离，并滤除高能辐射保护终端设备。

窗口材料与设计考量

材料选择：依波长范围优选：

紫外/可见：熔融石英、蓝宝石。

红外：ZnSe、CaF₂、KBr（需防潮）。

软X射线：氮化硅（Si₃N₄）、铍（Be）。

真空密封：常用金属刀口密封（如铜垫圈、无氧铜）或熔接，确保无泄漏。

热与机械稳定性：高功率激光下需考虑热膨胀与冷却设计。

表面涂层：增透膜减少反射损耗，抗损伤膜提升耐用性。

特殊应用场景

环境池：在电化学、催化反应中，窗口允许样品在可控气氛（如高压气体）中，同时用光谱监测表面变化。

低温/高温实验：适配样品台的温度控制，窗口需耐热冲击（如蓝宝石）。

带电粒子耦合：某些窗口需镀导电层防止电荷积累。

真空光学窗口是表面分析技术中实现原位、动态、多模态联用的关键，其性能直接影响信号质量与实验可行性。随着材料科学与微纳加工技术进步，超薄、多功能化窗口将进一步推动表面分析在能源、催化、半导体等前沿领域的发展。

真空光学窗口欢迎咨询长春博盛智芯科技，0431-85916189