Postępy w zakresie ekstremalnego ultrafioletutechnologia źródła światła
W ostatnich latach źródła wysokich harmonicznych w zakresie skrajnego ultrafioletu przyciągnęły szerokie zainteresowanie w dziedzinie dynamiki elektronów ze względu na ich silną koherencję, krótki czas trwania impulsu i wysoką energię fotonów. Znalazły one zastosowanie w różnych badaniach spektralnych i obrazowych. Wraz z postępem technologii,źródło światłaRozwój technologii w kierunku wyższej częstotliwości repetycji, wyższego strumienia fotonów, wyższej energii fotonów i krótszej szerokości impulsu. Ten postęp nie tylko optymalizuje rozdzielczość pomiaru źródeł światła w zakresie skrajnego ultrafioletu, ale także otwiera nowe możliwości dla przyszłych trendów rozwoju technologicznego. Dlatego dogłębne badanie i zrozumienie źródeł światła w zakresie skrajnego ultrafioletu o wysokiej częstotliwości repetycji ma ogromne znaczenie dla opanowania i zastosowania najnowocześniejszych technologii.
W przypadku pomiarów spektroskopii elektronowej w skalach femtosekundowych i attosekundowych liczba zdarzeń mierzonych w pojedynczej wiązce jest często niewystarczająca, co sprawia, że źródła światła o niskiej częstotliwości refrakcyjnej nie wystarczają do uzyskania wiarygodnych danych statystycznych. Jednocześnie źródło światła o niskim strumieniu fotonów zmniejsza stosunek sygnału do szumu w obrazowaniu mikroskopowym w ograniczonym czasie ekspozycji. Dzięki ciągłym badaniom i eksperymentom naukowcy wprowadzili wiele udoskonaleń w optymalizacji wydajności i projektowaniu transmisji światła skrajnego ultrafioletu o wysokiej częstotliwości repetycji. Zaawansowana technologia analizy widmowej w połączeniu ze źródłem światła skrajnego ultrafioletu o wysokiej częstotliwości repetycji pozwoliła na uzyskanie wysokiej precyzji pomiaru struktury materiału i dynamiki procesów elektronicznych.
Zastosowania źródeł światła skrajnego ultrafioletu, takie jak pomiary metodą spektroskopii elektronów z rozdzielczością kątową (ARPES), wymagają wiązki światła skrajnego ultrafioletu do oświetlenia próbki. Elektrony na powierzchni próbki są wzbudzane do stanu ciągłego przez światło skrajnego ultrafioletu, a energia kinetyczna i kąt emisji fotoelektronów zawierają informacje o strukturze pasmowej próbki. Analizator elektronów z funkcją rozdzielczości kątowej odbiera wypromieniowane fotoelektrony i uzyskuje strukturę pasmową w pobliżu pasma walencyjnego próbki. W przypadku źródła światła skrajnego ultrafioletu o niskiej częstotliwości repetycji, ponieważ jego pojedynczy impuls zawiera dużą liczbę fotonów, wzbudzi on dużą liczbę fotoelektronów na powierzchni próbki w krótkim czasie, a oddziaływanie Coulomba spowoduje poważne poszerzenie rozkładu energii kinetycznej fotoelektronów, co nazywa się efektem ładunku przestrzennego. Aby zmniejszyć wpływ efektu ładunku przestrzennego, konieczne jest zmniejszenie liczby fotoelektronów zawartych w każdym impulsie, przy jednoczesnym zachowaniu stałego strumienia fotonów, dlatego konieczne jest napędzanielaserz wysoką częstotliwością powtarzania w celu wytworzenia źródła światła ekstremalnego ultrafioletowego o wysokiej częstotliwości powtarzania.
Technologia wnęki rezonansowej umożliwia generowanie wyższych harmonicznych przy częstotliwości powtarzania MHz
Aby uzyskać źródło światła w zakresie skrajnego ultrafioletu o częstotliwości repetycji do 60 MHz, zespół Jonesa z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej w Wielkiej Brytanii przeprowadził generację harmonicznych wyższego rzędu w femtosekundowej wnęce rezonansowej ze wzmocnieniem (fsEC), uzyskując praktyczne źródło światła w zakresie skrajnego ultrafioletu, i zastosował je w eksperymentach z czasowo-rozdzielczą spektroskopią elektronów o rozdzielczości kątowej (Tr-ARPES). Źródło światła jest w stanie generować strumień fotonów o liczbie fotonów przekraczającej 1011 na sekundę z pojedynczą harmoniczną przy częstotliwości repetycji 60 MHz w zakresie energii od 8 do 40 eV. Jako źródło dla fsEC wykorzystano układ lasera światłowodowego domieszkowanego iterbem, a także kontrolowano charakterystykę impulsu dzięki dostosowanej konstrukcji układu laserowego, aby zminimalizować szum przesunięcia częstotliwości nośnej (fCEO) i utrzymać dobrą charakterystykę kompresji impulsu na końcu toru wzmacniacza. Aby uzyskać stabilne wzmocnienie rezonansu w fsEC, zastosowano trzy pętle sterowania serwomechanizmami do sterowania sprzężeniem zwrotnym, co skutkuje aktywną stabilizacją przy dwóch stopniach swobody: czas obiegu cyklu impulsów w fsEC jest zgodny z okresem impulsu laserowego, a przesunięcie fazowe nośnej pola elektrycznego względem obwiedni impulsu (tj. faza obwiedni nośnej, ϕCEO).
Wykorzystując gaz kryptonowy jako gaz roboczy, zespół badawczy osiągnął generację harmonicznych wyższego rzędu w fsEC. Przeprowadzili pomiary grafitu metodą Tr-ARPES i zaobserwowali szybką termizację, a następnie powolną rekombinację nietermicznie wzbudzonych populacji elektronów, a także dynamikę nietermicznie bezpośrednio wzbudzonych stanów w pobliżu poziomu Fermiego powyżej 0,6 eV. To źródło światła stanowi ważne narzędzie do badania struktury elektronowej złożonych materiałów. Jednakże generacja harmonicznych wyższego rzędu w fsEC wiąże się z bardzo wysokimi wymaganiami dotyczącymi współczynnika odbicia, kompensacji dyspersji, precyzyjnej regulacji długości wnęki i synchronizacji, co znacząco wpłynie na wielokrotność wzmocnienia wnęki wzmocnionej rezonansowo. Jednocześnie, nieliniowa odpowiedź fazowa plazmy w ognisku wnęki stanowi również wyzwanie. Dlatego obecnie ten rodzaj źródła światła nie stał się powszechnym rozwiązaniem w zakresie skrajnego ultrafioletu.źródło światła o wysokiej harmonicznej.
Czas publikacji: 29-04-2024