Photoelektron-Photoion-Koinzidenz- spektroskopie mit ...

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10 Kapitel 1. Das Experiment 1.2 Komponenten des Aufbaus 1.2.1 Die Anregungsquelle In den Photoionisationsexperimenten diente die Synchrotronstrahlung des 800-MeV-Elektronenspeicherrings BESSY in Berlin als Anregungsquelle. Synchrotronstrahlung ist elektromagnetische Dipolstrahlung, die von den relativistischen, im Speicherring umlaufenden Elektronen emittiert wird. Zu den hervorragenden Eigenschaften dieser Lichtquelle zahlen ihre breite spektrale Energieverteilung, die sich vom Infraroten bis in den Rontgenbereich erstreckt, ihr hoher Polarisationsgrad, ihre gepulste Zeitstruktur sowie ihre starke raumliche Bundelung (Brillanz). Eine nahere Beschreibung der Eigenschaften der Synchrotronstrahlung ndet sich in Standardwerken [22, 23]. BESSY - TGM 3 Endspiegel I Au SMS Polarisationsellipse Vorspiegel Elektronen-Speicherring Eintrittsspalt (ES) Baffles Toroidgitter Austrittsspalt (AS) Abbildung 1.3: Strahlengang und Komponenten des Toroidgitter-Monochromators TGM 3 bei BESSY. Die ausgesandte Synchrotronstrahlung wird erst durch den Einsatz geeigneter Monochromatoren experimentell nutzbar. Jeder Monochromator schneidet einen bestimmten Energiebereich aus dem " wei en\ Spektrum des Synchrotronlichts aus. Lichtquelle und Monochromator legen die Eigenschaften des Lichtes am Experimentierplatz, wie den Photonen u , das energetische Auflosungsvermogen und die Polarisation, fest. Die in dieser Arbeit vorgestellten Me daten wurden zum gro eren Teil am Toroidgitter-Monochromator TGM 3 bei Anregungsenergien im Bereich des VUV (vacuum ultra violet) zwischen 70 und 170 eV gewonnen. Fur eine zusatzliche Me zeit konnte der TGM 4 genutzt werden. Zur Illustration zeigt Abbildung 1.3 den Strahlengang durch den TGM 3 (TGM 4 analog) und seine wichtigsten optischen Komponenten: Uber einen Vorspiegel wird die Synchrotronstrah-
1.2. Komponenten des Aufbaus 11 lungsquelle auf den Eintrittsspalt (ES) abgebildet, durch den das wei e Licht unter streifendem Einfall auf ein Toroidgitter, das Kernstuck des Monochromators, fallt. Hier wird das Licht durch Beugung an den Gitterstrichen spektral zerlegt. Eine Gruppe von Strahlbegrenzern (Ba es) ermoglicht eine de nierte Ausleuchtung des Gitters. Die toroidale Form des Gitters gewahrleistet eine Abbildung des divergenten Strahlenbundels vom Eintritts- auf den Austrittsspalt (AS). Da die Gitterbedingung fur konstruktive Interferenz in erster spektraler Ordnung stets auch fur Lichtwellenlangen hoherer Ordnungen erfullt ist, uberlagern sich die verschiedenen Lichtbeitrage raumlich auf der Austrittsseite des Gitters. Unerwunschte Beitrage in zweiter oder hoherer spektraler Ordnung werden aber durch spezielle Re exionseigenschaften des Gitters und der Spiegel [24] unterdruckt. Zur Einstellung einer bestimmten Photonenenergie wird das Gitter mittels einer Schrittmotorsteuerung in der Vertikalen gekippt, bis die Gitterbedingung fur die entsprechende Wellenlange in Richtung des Austrittsspaltes erfullt ist. Durch den Austrittsspalt fallt das monochromatisierte Licht auf den Endspiegel, der es in die Wechselwirkungszone des Experiments fokussiert. Eine wichtige Aufgabe in jeder Me periode ist die Eichung des Monochromators, d. h. die Bestimmung der Eigenschaften des monochromatisierten Synchrotronlichts in Abhangigkeit der Einstellungen am Monochromator. Der TGM 3 besitzt drei Gitter mit 200, 600 und 1800 Strichen/mm, der TGM 4 deren zwei mit 250 und 950 Strichen/mm. Jedes Gitter ist fur einen anderen Photonenenergiebereich optimiert [25]. In dieser Arbeit wurde stets mit den Hochenergiegittern TGM 3 - G1 und TGM 4 - G1 gearbeitet, die jeweils die gro te Strichzahl besitzen. Diese Kon gurationen werden im folgenden charakterisiert: Photonen u Der Photonen u [s ,1 ] ist die Anzahl der pro Zeiteinheit vom Endspiegel re ektierten und damit fur das Experiment zur Verfugung stehenden Photonen. Abbildung 1.4 zeigt gemessene Photonen u kurven in Abhangigkeit der Photonenenergie (Monochromatorenergie) h M. Zur Bestimmung dieser Kurven konnen zwei me technisch unterschiedliche Verfahren angewandt werden: a.) Der Photonen u in absoluten Einheiten wird uber den Photostrom aus einer de nierten, goldbedampften Metallober ache (Golddiodenstrom) bestimmt, deren Photoelektronenausbeute (Gold-Yield) bekannt ist [22]. b.) Der relative Verlauf des Photonen usses wird durch Vergleich einer Messung der Photoionenausbeute eines Edelgases (hier Neon) mit bekannten Photoionisationswirkungsquerschnitten [26] ermittelt. Die Kurve am TGM 3 wurde nach der ersten, die am TGM 4 nach der zweiten Methode gewonnen. Wahrend am TGM 3 mit o enen (1000 m-) Spalten gemessen wurde, waren beim TGM 4 400 m-Spalte eingestellt; die dargestellte Kurve wurde aber im Maximum auf den mit der Golddiode bestimmten, absoluten Flu bei 1000 m-Spalten normiert. Aufgrund von Verunreinigungen der Golddiodenober ache sind die absoluten Werte mit einer Unsicherheit von bis zu 50 % behaftet. Bei diesen und den folgenden Messungen wurden die vier Ba es (siehe Abb. 1.3) standardma ig so eingestellt, da sie jeweils 10 % der Intensitat abschneiden. Beitrage hoherer spektraler Ordnungen wurden nur fur den TGM 4 bestimmt [27]. Sie machen sich erst
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150 Zusammenfassung Die Berechnung
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152 Literaturverzeichnis [11] C. Dz
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Danksagung Mein herzlicher Dank gil
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