Postęp w zakresie ekstremalnego ultrafioletutechnologia źródła światła
W ostatnich latach źródła wysokich harmonicznych w ekstremalnym ultrafiolecie przyciągnęły szeroką uwagę w dziedzinie dynamiki elektronów ze względu na ich silną spójność, krótki czas trwania impulsu i wysoką energię fotonów, i były wykorzystywane w różnych badaniach widmowych i obrazowych. Dzięki rozwojowi technologii,źródło światłarozwija się w kierunku wyższej częstotliwości powtarzania, wyższego strumienia fotonów, wyższej energii fotonów i krótszej szerokości impulsu. Ten postęp nie tylko optymalizuje rozdzielczość pomiaru źródeł światła ekstremalnego ultrafioletu, ale także zapewnia nowe możliwości dla przyszłych trendów rozwoju technologicznego. Dlatego dogłębne badanie i zrozumienie źródła światła ekstremalnego ultrafioletu o wysokiej częstotliwości powtarzania ma ogromne znaczenie dla opanowania i zastosowania najnowocześniejszej technologii.
W przypadku pomiarów spektroskopii elektronowej w skalach czasowych femtosekund i attosekund liczba zdarzeń mierzonych w pojedynczej wiązce jest często niewystarczająca, co sprawia, że źródła światła o niskiej częstotliwości refrakcyjnej są niewystarczające do uzyskania wiarygodnych statystyk. Jednocześnie źródło światła o niskim strumieniu fotonów zmniejszy stosunek sygnału do szumu obrazowania mikroskopowego podczas ograniczonego czasu ekspozycji. Poprzez ciągłe eksploracje i eksperymenty naukowcy wprowadzili wiele udoskonaleń w optymalizacji wydajności i projektowaniu transmisji światła skrajnego ultrafioletu o wysokiej częstotliwości powtarzania. Zaawansowana technologia analizy widmowej w połączeniu ze źródłem światła skrajnego ultrafioletu o wysokiej częstotliwości powtarzania została wykorzystana do uzyskania wysokiej precyzji pomiaru struktury materiału i dynamicznego procesu elektronicznego.
Zastosowania źródeł światła skrajnego ultrafioletu, takie jak pomiary kątowej rozdzielczej spektroskopii elektronowej (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 pasma próbki. Analizator elektronów z funkcją rozdzielczości kątowej odbiera wypromieniowane fotoelektrony i uzyskuje strukturę pasma w pobliżu pasma walencyjnego próbki. W przypadku źródła światła skrajnego ultrafioletu o niskiej częstotliwości powtarzania, 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 napędzanielasero wysokiej częstotliwości 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 skrajnego ultrafioletu o częstotliwości powtarzania do 60 MHz, zespół Jonesa z University of British Columbia w Wielkiej Brytanii przeprowadził generację harmonicznych wyższego rzędu w femtosekundowej wnęce rezonansowej (fsEC), aby uzyskać praktyczne źródło światła skrajnego ultrafioletu i zastosował je do eksperymentów z czasowo-rozdzielczą spektroskopią elektronów o rozdzielczości kątowej (Tr-ARPES). Źródło światła jest w stanie dostarczyć strumień fotonów o liczbie fotonów większej niż 1011 na sekundę z pojedynczą harmoniczną przy częstotliwości powtarzania 60 MHz w zakresie energii od 8 do 40 eV. Użyli systemu lasera światłowodowego domieszkowanego iterbem jako źródła początkowego dla fsEC i kontrolowali charakterystyki impulsów za pomocą dostosowanej konstrukcji systemu laserowego w celu zminimalizowania szumu częstotliwości przesunięcia obwiedni nośnej (fCEO) i utrzymania dobrych charakterystyk kompresji impulsów na końcu łańcucha wzmacniacza. Aby uzyskać stabilne wzmocnienie rezonansu w fsEC, zastosowano trzy pętle sterowania serwomechanizmem 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 (czyli faza obwiedni nośnej, ϕCEO).
Wykorzystując gaz kryptonowy jako gaz roboczy, zespół badawczy osiągnął generację harmonicznych wyższego rzędu w fsEC. Przeprowadzili pomiary Tr-ARPES grafitu i zaobserwowali szybką termizację i późniejszą 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 elektronicznej złożonych materiałów. Jednak generacja harmonicznych wyższego rzędu w fsEC ma bardzo wysokie wymagania dotyczące odbicia, kompensacji dyspersji, precyzyjnej regulacji długości wnęki i blokowania synchronizacji, co w znacznym stopniu wpłynie na wielokrotność wzmocnienia wnęki wzmocnionej rezonansowo. Jednocześnie nieliniowa odpowiedź fazowa plazmy w punkcie ogniskowym wnęki stanowi również wyzwanie. Dlatego obecnie ten rodzaj źródła światła nie stał się głównym nurtem ekstremalnego ultrafioletuźródło światła o wysokiej harmonii.
Czas publikacji: 29-kwi-2024