Progrese în ultravioletele extremetehnologia sursei de lumină
În ultimii ani, sursele de ultraviolete extreme cu armonici înalte au atras o atenție largă în domeniul dinamicii electronilor datorită coerenței lor puternice, duratei scurte a impulsurilor și energiei fotonice ridicate și au fost utilizate în diverse studii spectrale și imagistice. Odată cu avansarea tehnologiei, acest lucru...sursă de luminăse dezvoltă către o frecvență de repetiție mai mare, un flux fotonic mai mare, o energie fotonică mai mare și o lățime a impulsurilor mai scurtă. Acest progres nu numai că optimizează rezoluția de măsurare a surselor de lumină ultravioletă extremă, dar oferă și noi posibilități pentru viitoarele tendințe de dezvoltare tehnologică. Prin urmare, studiul aprofundat și înțelegerea surselor de lumină ultravioletă extremă cu frecvență de repetiție ridicată sunt de mare importanță pentru stăpânirea și aplicarea tehnologiei de vârf.
Pentru măsurătorile de spectroscopie electronică pe scale de timp de femtosecundă și atosecundă, numărul de evenimente măsurate într-un singur fascicul este adesea insuficient, ceea ce face ca sursele de lumină de frecvență joasă să fie insuficiente pentru a obține statistici fiabile. În același timp, sursa de lumină cu flux fotonic redus va reduce raportul semnal-zgomot al imaginilor microscopice în timpul timpului limitat de expunere. Prin explorare și experimente continue, cercetătorii au adus numeroase îmbunătățiri în optimizarea randamentului și proiectarea transmisiei luminii ultraviolete extreme de înaltă frecvență de repetiție. Tehnologia avansată de analiză spectrală, combinată cu sursa de lumină ultravioletă extremă de înaltă frecvență de repetiție, a fost utilizată pentru a obține măsurarea de înaltă precizie a structurii materialului și a procesului dinamic electronic.
Aplicațiile surselor de lumină ultravioletă extremă, cum ar fi măsurătorile prin spectroscopie electronică rezolvată unghiular (ARPES), necesită un fascicul de lumină ultravioletă extremă pentru a ilumina proba. Electronii de pe suprafața probei sunt excitați la starea continuă de lumina ultravioletă extremă, iar energia cinetică și unghiul de emisie al fotoelectronilor conțin informații despre structura benzii probei. Analizorul de electroni cu funcție de rezoluție unghiulară primește fotoelectronii radiați și obține structura benzii în apropierea benzii de valență a probei. În cazul sursei de lumină ultravioletă extremă cu frecvență de repetiție joasă, deoarece impulsul său unic conține un număr mare de fotoni, va excita un număr mare de fotoelectroni pe suprafața probei într-un timp scurt, iar interacțiunea Coulomb va duce la o lărgire semnificativă a distribuției energiei cinetice a fotoelectronilor, ceea ce se numește efectul sarcinii spațiale. Pentru a reduce influența efectului sarcinii spațiale, este necesar să se reducă numărul de fotoelectroni conținuți în fiecare impuls, menținând în același timp fluxul constant de fotoni, așadar este necesar să se acționeze...lasercu frecvență de repetiție ridicată pentru a produce sursa de lumină ultravioletă extremă cu frecvență de repetiție ridicată.
Tehnologia cavității îmbunătățite prin rezonanță realizează generarea de armonice de ordin înalt la frecvența de repetiție MHz
Pentru a obține o sursă de lumină ultravioletă extremă cu o rată de repetiție de până la 60 MHz, echipa Jones de la Universitatea din British Columbia din Regatul Unit a efectuat generarea de armonice de ordin înalt într-o cavitate de amplificare a rezonanței femtosecunde (fsEC) pentru a obține o sursă practică de lumină ultravioletă extremă și a aplicat-o în experimente de spectroscopie electronică unghiulară rezolvată în timp (Tr-ARPES). Sursa de lumină este capabilă să furnizeze un flux de fotoni de peste 1011 numere de fotoni pe secundă cu o singură armonică la o rată de repetiție de 60 MHz în intervalul de energie de la 8 la 40 eV. Aceștia au folosit un sistem laser cu fibră dopat cu yterbiu ca sursă inițială pentru fsEC și au controlat caracteristicile impulsurilor printr-un design personalizat al sistemului laser pentru a minimiza zgomotul de frecvență de offset al anvelopei purtătoare (fCEO) și a menține caracteristici bune de compresie a impulsurilor la capătul lanțului amplificator. Pentru a obține o îmbunătățire stabilă a rezonanței în cadrul fsEC, aceștia utilizează trei bucle de servocontrol pentru controlul feedback-ului, rezultând o stabilizare activă la două grade de libertate: timpul de parcurgere dus-întors al ciclului impulsului în cadrul fsEC se potrivește cu perioada impulsului laser, iar defazajul purtătorului de câmp electric în raport cu anvelopa impulsului (adică faza anvelopei purtătorului, ϕCEO).
Prin utilizarea gazului kripton ca gaz de lucru, echipa de cercetare a reușit să genereze armonici de ordin superior în fsEC. Aceștia au efectuat măsurători Tr-ARPES ale grafitului și au observat termizarea rapidă și recombinarea lentă ulterioară a populațiilor de electroni neexcitați termic, precum și dinamica stărilor neexcitate direct termic în apropierea nivelului Fermi peste 0,6 eV. Această sursă de lumină oferă un instrument important pentru studierea structurii electronice a materialelor complexe. Cu toate acestea, generarea de armonici de ordin superior în fsEC are cerințe foarte ridicate pentru reflectivitate, compensare a dispersiei, reglare fină a lungimii cavității și blocare a sincronizării, ceea ce va afecta semnificativ multiplul de amplificare al cavității îmbunătățite prin rezonanță. În același timp, răspunsul de fază neliniar al plasmei în punctul focal al cavității este, de asemenea, o provocare. Prin urmare, în prezent, acest tip de sursă de lumină nu a devenit principala sursă de lumină ultravioletă extremă.sursă de lumină cu armonice înalte.
Data publicării: 29 aprilie 2024