真空互联原位光谱测试工作站是以样品传输的真空腔室为主体，真空腔室置于光学隔震台上，腔体的上方设置有对接显微成像/共焦光谱测试系统、激光诱导击穿光谱测试系统、傅立叶红外光谱测试系统以及质子辐射装置等测试装置的的接口。在腔室的一端，配有通往真空互联的样品传递和对接装置。腔室内配有兼具长行程和微米级定位精度的超高真空电动位移台，实现在样品表面逐点扫描采集共焦光谱的功能。实现不同测试装置下对表面同一区域的同位扫描。此外，电动位移台牢固固定在腔室底部，结合低振动的低温制冷装置，可抑制样品的抖动对扫描测试的影响。承载样品的低温样品台、冷屏和电动位移台之间以隔热材料连接。该低温样品台通过柔性连接与腔室外的低振动的制冷控制装置相连，可以将样品制冷至4K。采用低振动无液氦制冷机方案，减少后期使用中对液氦的消耗。
真空互联原位光谱测试工作站配备的光学测试系统包括可见光波段和深紫外波段的高分辨显微成像和共焦拉曼/荧光光谱测试装置、激光诱导击穿光谱测试装置、傅里叶红外光谱测试装置等等，布置于腔体上方。

图 1 真空互联原位光谱测试工作站光路结构示意图

为用户提供适配超高真空互联系统的多模组光谱测试系统，可在超高真空低温条件下，在同一真空腔体中实现如下功能：

. 样品表面进行高分辨显微成像。

. 共聚焦拉曼和荧光测试功能，并可在样品表面逐点扫描成像。

. 光谱范围195 nm ~ 1000 nm

. 兼容6吋样品。

. 极限真空可至10-8 Pa。

. 样品温度 4K至室温。

. FTIR光谱测量

. LIBS测量

. 真空装置与样品杆等附加装置

采用模块化的设计，由显微成像、共焦拉曼和共焦荧光等模块组成本测试装置，共用一套显微光路。

图 2 高分辨显微成像和共焦拉曼/荧光光谱采集装置示意图

深紫外荧光光谱测试系统由195 nm深紫外脉冲激光器、耦合光路模组、激发和收集模组(190nm-550 nm)、单色仪和TCSPC系统和侧面收集模组构成。

图 3 深紫外光致发光光谱测试模组原理示意图

激光诱导击穿光谱测试系统采用脉冲激光器聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。在本方案中，激光诱导击穿光谱测试装置由大功率脉冲激光器、光谱采集装置、激光测距仪以及长工作距离显微镜显微成像装置组成。采用模块化设计，除实现脉冲激发等离子体和收集等离子体之外，借助长工作距离显微成像和真空腔内的电动三轴位移台，也可实现脉冲激发光和光谱仪的共焦点在样品表面的逐点扫描成像。借助基于激光和视觉算法的自动对焦系统，在扫描过程中实时跟踪样品表面。

真空互联原位光谱测试工作站配有自主开发的控制软件和数据处理软件。控制软件除了协同控制各个测试模组完成测试功能之外，结合真空腔内样品的三轴运动系统，在各光谱采集模组上均可实现逐点扫描成像的功能。并且通过软件算法的智能控制，实现不同设备下对样品表面同一区域的同位扫描。自动化的数据处理软件，可对图像、光谱等数据自动进行批量处理并提取相关的物理参数。