Very high spectral resolution obtained with SU5: A vacuum ultraviolet undulator-based beamline at Super-ACO

Abstract

In this article we wish to report on the commissioning of the SU5 undulator-based beamline, whose primary scientific goal deals with high-resolution spectroscopy and photon-induced dynamics in the vacuum ultraviolet range on dilute species. In order to achieve such a scientific program, we have conceived an original optical design, centered around a 6.65 m off-plane Eagle monochromator equipped with two gratings (2400 and 4300 l/mm) illuminated by an astigmatic prefocusing optical system. The different components of the actual beamline, such as the optical elements, their holders/manipulators and the monochromator are described, with a special emphasis on critical aspects such as the mechanical resolution and stability, the vibrations limitations, and the thermal stability. Then, a spectral calibration procedure of the monochromator is described, followed by the presentation of the measured performances of the beamline in terms of ultimate resolution and flux. Owing to a gas phase ion yield experiment on rare gases, we have been able to measure a raw linewidth of 184 μeV at 21.61 eV (18s′ line of Ne) corresponding to a resolving power of 117 000 and a raw (respectively, lifetime-deconvoluted) linewidth of 119 μeV (respectively, 76 μeV) at 15.82 eV (13s′ line of Ar) corresponding to a raw resolving power of 133 000 (respectively, 208 000). The ultimate targeted 105 resolving power is therefore observed on most of the VUV range, which corresponds to an unprecedented performance. The measured photon flux in a 1/50 000 bandwidth is in reasonable agreement with the expected values lying in the 1010–109 photon/s range over the VUV range. These very satisfactory performances, with a slit-limited resolution down to about 15 μm slits aperture, are due to the special care which has been paid at both the conception and construction stages concerning critical issues such as the optical and mechanical design, the vibrations, the driving/encoding system, and the slope errors of the gratings.

Performances obtenues sur SU5 : une ligne VUV à haute résolution et à polarisation variable

“…Sur la Figure 2, est représenté un tel spectre dans le cas du Ne, enregistré avec des fentes de 18 Jim, et montrant les deux séries s' et d' convergeant vers le deuxième seuil d'ionisation. Comme la durée de vie de ces états est longue, on peut mesurer directement une largeur instrumentale de 220 (ieV, conduisant à un pouvoir résolvant de 97000 [13]. En encart est présenté le spectre de la raie 18s,' enregistré avec des fentes de 8 um, accompagné d'une courbe d'ajustement gaussien.…”

“…La largeur à mi-hauteur correspondante est de 184 jieV, conduisant à un pouvoir résolvant de 117000 à 21,6 eV, au-dessus de la plus haute valeur publiée à ce jour, 70000, obtenue sur la ligne CDF de l'ALS [3]. Plusieurs autres mesures de la résolution ultime ont été effectuées sur l'argon et le xénon, pour chacun des deux réseaux et à différentes énergies de photons [13]. Les résultats bruts et déconvolués de la durée de vie sont présentés sur le Tableau 1.…”

“…Cette mesure a été effectuée à différentes énergies de photons pour un pouvoir résolvant fixe de 50000, nécessitant un réglage correspondant de l'ouverture des fentes. Le flux typique mesuré dans une bande passante de 1/50000, tel qu'il apparaît sur la Figure 3, se situe dans la gamme 10 à 10 9 entre 6 et 30 eV [13], en accord raisonnable avec les performances attendues [12]. …”

Electron-ion vector correlations for the study of photoionization of molecules in the UVX range: From synchrotron radiation to short light pulses

“…The H 2 /D 2 DPI experiments have been performed at the synchrotron radiation SOLEIL operated in the eight-bunch mode (period T = 140 ns, pulse width t = 50 ps), on the undulator-based VUV beamline DESIRS [30] delivering circularly or linearly polarized light, using the supersonic expansion of the SAPHIRS set-up [31]. The reported results of multiphoton PI of Xe rely on two series of experiments using 70 fs pulses centered at 400 nm delivered by the SOFOCKLE and PLFA sources UVX 2008 (SLIC, CEA-Saclay) after frequency doubling of a 1 kHz Ti:sapphire laser.…”

Un spectromètre par transformation de Fourier sans lame séparatrice, pour le VUV-XUV. Principes, réalisation, et premiers résultats

“…La résolution spectrale visée aété fixéeà 500 000à 60 nm. On notera que le meilleur systèmeà réseau en fonctionnement sur anneau synchrotron donne R=200 000à 80 nm [2].…”