光波常以其波长来命名,数nm~200 nm范围内的光谱受到空气中某些分子的强烈吸收,只能在真空环境中传播,因此这一段光谱范围被称为真空紫外 (VUV)。
真空紫外区域位于从紫外 (UV) 光谱区域的短波端直到硬X射线区域的长波端。其波长范围约为200 nm~1 nm。
真空紫外区域主要由三部分构成:
这些区域各自有着其物理含义:
远紫外 (FUV) 结束于大约120 nm,对应于所有窗口材料能够透过的辐射的截至波长。在软X 射线区域光学材料的反射率极低,需要使用的偏向角大到170°,即特别小的掠入射角。
真空紫外辐射会被大气中大多数气体吸收而无法透过,但是它们可以通过一些像氮气、氢气之类的透明气体部分传播,在真空中则能够完整通过。因此,真空紫外分析需要高真空(~10-6 mbar, 10-4 Pa)到超高真空(~10-9 mbar, 10-7Pa)等级的真空技术。
能量
光子的能量E、频率ν和波长λ的关系为:
E = hν = hc/λ
能量单位用电子伏特表示时:
E (eV) = 1240/ λ (nm)
真空和真空单位
真空的品质是与系统中存在的粒子的数量密切相关的,气体分子热运动中两次碰撞之间走过的平均距离,即平均自由程,可以用来表征真空的等级。对真空抽气此平均自由程增大,则真空的品质提高。
压强
国际单位制 (SI 制) 中,压强的单位是“帕斯卡” (Pa) ,等价于每平方米面积上作用1 牛顿的压力。但是厘米克秒单位制 (CGS) 中,更常用的压强单位叫做“巴” (bar) ,真空中的压强也使用单位“托”(Torr) 和“大气压”(Atm)。为了换算方便, 专业人员更愿意使用诸如“ 毫巴”(mbar)、“百帕”(hPa) 这样一些方便于近似换算成“托”的压强单位。一般情况下,人们在单位换算时使用下列这些近似方法:
真空范围
低真空 大气压至1 mbar
中等真空 1 ~ 10-3 mbar
高真空 (HV) 10-3~ 10-8 mbar
超高真空 (UHV) 10-8~ 10-12 mbar
极高真空 (EHV) 低于10-12 mbar
大约10-5至10-6 mbar(10-3 至 10-4 Pa)级别的高真空就足以开展大多数紫外应用,例如沉积薄膜、半导体工艺、大多数利用吸收或者反射进行表征的方法、光谱辐射等等……在这些场合不甚严苛的真空环境就足以让光、粒子和电子自由通行。
超高真空主要适用于研究领域,例如聚变研究、电子科学、自由电子激光或同步加速器等。在这些场合,残留气体分子的污染是实验中一个重要的课题。