Napredak u ekstremnom ultraljubičastom zračenjutehnologija izvora svjetlosti
Posljednjih godina, ekstremni ultraljubičasti izvori visokih harmonika privukli su široku pozornost u području dinamike elektrona zbog svoje jake koherencije, kratkog trajanja impulsa i visoke energije fotona te su korišteni u raznim spektralnim i slikovnim studijama. S napretkom tehnologije, ovoizvor svjetlostirazvija se prema većoj frekvenciji ponavljanja, većem fotonskom toku, većoj energiji fotona i kraćoj širini impulsa. Ovaj napredak ne samo da optimizira razlučivost mjerenja ekstremnih ultraljubičastih izvora svjetlosti, već i pruža nove mogućnosti za buduće trendove tehnološkog razvoja. Stoga je dubinsko proučavanje i razumijevanje ekstremnih ultraljubičastih izvora svjetlosti visoke frekvencije ponavljanja od velikog značaja za savladavanje i primjenu vrhunske tehnologije.
Za mjerenja elektronskom spektroskopijom na femtosekundnim i atosekundnim vremenskim skalama, broj događaja izmjerenih u jednom snopu često je nedovoljan, što čini izvore svjetlosti niske refrekvencije nedovoljnima za dobivanje pouzdane statistike. Istovremeno, izvor svjetlosti s niskim fotonskim protokom smanjit će omjer signala i šuma mikroskopskog snimanja tijekom ograničenog vremena ekspozicije. Kontinuiranim istraživanjem i eksperimentima, istraživači su postigli mnoga poboljšanja u optimizaciji prinosa i dizajnu prijenosa ekstremnog ultraljubičastog svjetla visoke frekvencije ponavljanja. Napredna tehnologija spektralne analize u kombinaciji s izvorom ekstremnog ultraljubičastog svjetla visoke frekvencije ponavljanja korištena je za postizanje visokopreciznog mjerenja strukture materijala i elektroničkih dinamičkih procesa.
Primjene ekstremnih ultraljubičastih izvora svjetlosti, poput mjerenja kutno razlučenom elektronskom spektroskopijom (ARPES), zahtijevaju snop ekstremnog ultraljubičastog svjetla za osvjetljavanje uzorka. Elektroni na površini uzorka pobuđuju se u kontinuirano stanje ekstremnim ultraljubičastim svjetlom, a kinetička energija i kut emisije fotoelektrona sadrže informacije o strukturi pojasa uzorka. Analizator elektrona s funkcijom kutnog razlučivanja prima izračene fotoelektrone i dobiva strukturu pojasa blizu valentnog pojasa uzorka. Kod ekstremnog ultraljubičastog izvora svjetlosti niske frekvencije ponavljanja, budući da njegov pojedinačni puls sadrži veliki broj fotona, on će u kratkom vremenu pobuditi veliki broj fotoelektrona na površini uzorka, a Coulombova interakcija će dovesti do ozbiljnog proširenja raspodjele kinetičke energije fotoelektrona, što se naziva efekt prostornog naboja. Kako bi se smanjio utjecaj efekta prostornog naboja, potrebno je smanjiti fotoelektrone sadržane u svakom pulsu uz održavanje konstantnog toka fotona, stoga je potrebno pokretati...lasers visokom frekvencijom ponavljanja za proizvodnju ekstremnog ultraljubičastog izvora svjetlosti s visokom frekvencijom ponavljanja.
Tehnologija rezonantne šupljine ostvaruje generiranje harmonika višeg reda na MHz frekvenciji ponavljanja
Kako bi dobili ekstremni ultraljubičasti izvor svjetlosti s frekvencijom ponavljanja do 60 MHz, Jonesov tim sa Sveučilišta British Columbia u Ujedinjenom Kraljevstvu izveo je generiranje harmonika visokog reda u femtosekundnoj rezonantnoj šupljini za pojačanje (fsEC) kako bi postigli praktični ekstremni ultraljubičasti izvor svjetlosti i primijenili ga na eksperimente vremenski razlučene kutno razlučene elektronske spektroskopije (Tr-ARPES). Izvor svjetlosti sposoban je isporučiti fotonski tok od više od 1011 fotona u sekundi s jednim harmonikom pri frekvenciji ponavljanja od 60 MHz u energetskom rasponu od 8 do 40 eV. Koristili su iterbijem dopirani vlaknasti laserski sustav kao početni izvor za fsEC i kontrolirali karakteristike impulsa putem prilagođenog dizajna laserskog sustava kako bi se smanjio šum frekvencije pomaka ovojnice nosioca (fCEO) i održale dobre karakteristike kompresije impulsa na kraju lanca pojačala. Kako bi se postiglo stabilno rezonantno pojačanje unutar fsEC-a, koriste se tri servo upravljačke petlje za povratnu kontrolu, što rezultira aktivnom stabilizacijom na dva stupnja slobode: vrijeme povratnog puta cikliranja impulsa unutar fsEC-a podudara se s periodom laserskog impulsa, a fazni pomak nosioca električnog polja u odnosu na ovojnicu impulsa (tj. faza ovojnice nosioca, ϕCEO).
Korištenjem kriptona kao radnog plina, istraživački tim je postigao generiranje harmonika višeg reda u fsEC-u. Izveli su Tr-ARPES mjerenja grafita i uočili brzu termijaciju i naknadnu sporu rekombinaciju netermički pobuđenih populacija elektrona, kao i dinamiku netermički izravno pobuđenih stanja blizu Fermijeve razine iznad 0,6 eV. Ovaj izvor svjetlosti pruža važan alat za proučavanje elektroničke strukture složenih materijala. Međutim, generiranje harmonika višeg reda u fsEC-u ima vrlo visoke zahtjeve za reflektivnost, kompenzaciju disperzije, fino podešavanje duljine šupljine i zaključavanje sinkronizacije, što će uvelike utjecati na višekratnik pojačanja rezonantno pojačane šupljine. Istovremeno, nelinearni fazni odziv plazme u žarišnoj točki šupljine također je izazov. Stoga, trenutno, ova vrsta izvora svjetlosti nije postala glavni popularan izvor ekstremnog ultraljubičastog zračenja.visokoharmonijski izvor svjetlosti.
Vrijeme objave: 29. travnja 2024.