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tabuchi:energy-error

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分光された光のエネルギー変動

分光された光のエネルギーが意図したエネルギーと違ってしまうのは、 何らかの理由で分光器に対する光の入射、出射の角度が変わった時だと考えられる。
(他には、分光結晶の面間隔、回折格子の格子間隔の変化も考えられる。 Si の線膨張係数を $4.15 \times 10^{-6}$ [$K^{-1}$] とすると、 20℃の温度変化があったとき $1+1\times10^{-4}$ 程度の変化になり、 以下で議論する 0.1[eV]相当の変化を生む)

1. 角度変動とエネルギー変動の関係

分光器に入射する光の角度が変わると、反射される(され得る)光のエネルギーが変わる。 その度合いは、分光器の角度 / 分光された光のエネルギーによって変わる。

Si(111) 分光結晶 ( $d = 3.1355316$ [Å] とする ) を考えると、1eV の変化に対応する角度の変化は次の表のようになる。

分光光のエネルギー ( $E$ [eV] ) 角度 ( $\theta$ [deg] ) $\Delta E = 1$ [eV] に相当する角度変化 $\Delta \theta$ [mdeg] [$\mu$rad]
5,000 23.29198 4.93 86.1
7,000 16.40352 2.41 42.1
9,000 12.68858 1.43 25.0
11,000 10.35337 0.952 16.6
13,000 8.747007 0.678 11.8
15,000 7.573439 0.508 8.86
17,000 6.678167 0.395 6.89
19,000 5.972529 0.315 5.51
21,000 5.401963 0.258 4.50
23,000 4.931028 0.215 3.75
25,000 4.535699 0.182 3.17

ひと目見てわかるのはエネルギー依存性が大きいことで、 5keV 付近と 25keV 付近では、実に 30 倍近く角度変化に対する変動量が違う (高エネルギーほど敏感)。 またいずれにしても、数$\mu$rad から数$\mu$rad$ 程度の角度変化で 1eV 程度の影響があることがわかる。

2. 光学系の角度変動

3. 余談

3.1 光のエネルギーと波長の関係

光の波長 $\lambda$ [Å] と、エネルギー $E$ [eV] は、 \[ A = \frac{2\pi\hbar c}{e} = 12.39842436 \times 1000$ \]

という定数を介して $E = A / \lambda$ まはた $\lambda = A / E$ という関係にある。

$E$、$\lambda$ の単位が変わった場合の $A$ の値は次の通り。

$E$ の単位 $\lambda$ の単位 $A$ の値
eV Å $12.39842436 \times 1000$
keV Å $12.39842436$
eV nm $1.239842436 \times 1000$
eV $\mu$m $1.239842436$
tabuchi/energy-error.1614747168.txt.gz · 最終更新: 2021/03/03 04:52 by mtab