Napredak u ekstremnom ultraljubičastom zračenjutehnologija izvora svjetlosti
Posljednjih godina, ekstremni ultraljubičasti visoki harmonijski izvori privukli su široku pozornost u polju elektronske dinamike zbog svoje snažne koherencije, kratkog trajanja impulsa i visoke energije fotona, te su korišteni u raznim spektralnim i slikovnim studijama.S napretkom tehnologije, ovoizvor svjetlostirazvija se prema višoj frekvenciji ponavljanja, većem fluksu fotona, višoj energiji fotona i kraćoj širini impulsa.Ovaj napredak ne samo da optimizira rezoluciju mjerenja izvora ekstremne ultraljubičaste svjetlosti, već također pruža nove mogućnosti za buduće trendove tehnološkog razvoja.Stoga je dubinsko proučavanje i razumijevanje izvora ekstremne ultraljubičaste svjetlosti visoke frekvencije ponavljanja od velike važnosti za ovladavanje i primjenu vrhunske tehnologije.
Za mjerenja elektronske spektroskopije na femtosekundnoj i atosekundnoj vremenskoj skali, broj događaja izmjeren u jednom snopu često je nedovoljan, što izvore svjetlosti niske frekvencije čini nedostatnima za dobivanje pouzdane statistike.U isto vrijeme, izvor svjetlosti s niskim fluksom fotona smanjit će omjer signala i šuma mikroskopske slike tijekom ograničenog vremena ekspozicije.Kroz kontinuirano istraživanje i eksperimente, istraživači su napravili mnoga poboljšanja u optimizaciji prinosa i dizajnu prijenosa ekstremne ultraljubičaste svjetlosti visoke frekvencije ponavljanja.Napredna tehnologija spektralne analize u kombinaciji s izvorom ekstremnog ultraljubičastog svjetla visoke frekvencije ponavljanja korištena je za postizanje visoke preciznosti mjerenja strukture materijala i elektroničkog dinamičkog procesa.
Primjene izvora ekstremnog ultraljubičastog svjetla, kao što su mjerenja spektroskopije kutno razlučenih elektrona (ARPES), zahtijevaju zraku ekstremnog ultraljubičastog svjetla za osvjetljavanje uzorka.Elektroni na površini uzorka pobuđeni su u kontinuirano stanje ekstremnim ultraljubičastim svjetlom, a kinetička energija i kut emisije fotoelektrona sadrže informacije o vrpčnoj strukturi uzorka.Analizator elektrona s funkcijom kutne rezolucije prima zračene fotoelektrone i dobiva vrpčastu strukturu u blizini valentnog pojasa uzorka.Za izvor ekstremnog ultraljubičastog svjetla s niskom frekvencijom ponavljanja, budući da njegov pojedinačni puls sadrži veliki broj fotona, on će pobuditi veliki broj fotoelektrona na površini uzorka u kratkom vremenu, a Coulombova interakcija će dovesti do ozbiljnog proširenja distribucije kinetičke energije fotoelektrona, što se naziva efekt prostornog naboja.Kako bi se smanjio utjecaj efekta prostornog naboja, potrebno je reducirati fotoelektrone sadržane u svakom impulsu uz održavanje konstantnog toka fotona, pa je potrebno pokrenutilasers visokom frekvencijom ponavljanja za proizvodnju izvora ekstremnog ultraljubičastog svjetla s visokom frekvencijom ponavljanja.
Tehnologija šupljine poboljšane rezonancijom ostvaruje generiranje harmonika visokog reda na frekvenciji ponavljanja MHz
Kako bi se dobio ekstremni izvor ultraljubičastog svjetla sa stopom ponavljanja do 60 MHz, Jonesov tim sa Sveučilišta British Columbia u Ujedinjenom Kraljevstvu izveo je generiranje harmonika visokog reda u femtosekundnoj šupljini za poboljšanje rezonancije (fsEC) kako bi postigao praktičnu izvor ekstremnog ultraljubičastog svjetla i primijenio ga na eksperimente vremenski razlučene kutne razlučne elektronske spektroskopije (Tr-ARPES).Izvor svjetlosti može isporučiti fotonski tok od više od 1011 fotonskih brojeva u sekundi s jednim harmonikom pri brzini ponavljanja od 60 MHz u energetskom rasponu od 8 do 40 eV.Koristili su vlaknasti laserski sustav dopiran iterbijem kao početni izvor za fsEC i kontrolirali karakteristike impulsa kroz prilagođeni dizajn laserskog sustava kako bi smanjili šum pomaka frekvencije omotnice nositelja (fCEO) i održali dobre karakteristike kompresije impulsa na kraju lanca pojačala.Kako bi se postiglo stabilno poboljšanje rezonancije unutar fsEC-a, koriste se tri servo upravljačke petlje za kontrolu povratne sprege, što rezultira aktivnom stabilizacijom na dva stupnja slobode: vrijeme obilaska ciklusa pulsa unutar fsEC-a odgovara periodu laserskog pulsa, a fazni pomak nositelja električnog polja s obzirom na ovojnicu impulsa (tj. fazu ovojnice nositelja, ϕCEO).
Korištenjem plina kriptona kao radnog plina, istraživački tim postigao je stvaranje harmonika višeg reda u fsEC-u.Izveli su Tr-ARPES mjerenja grafita i promatrali brzu termiju i naknadnu sporu rekombinaciju populacija elektrona koji nisu pobuđeni toplinom, kao i dinamiku stanja koja nisu izravno pobuđena u blizini Fermijeve razine iznad 0,6 eV.Ovaj izvor svjetlosti predstavlja važan alat za proučavanje elektroničke strukture složenih materijala.Međutim, generiranje harmonika visokog reda u fsEC ima vrlo visoke zahtjeve za refleksiju, kompenzaciju disperzije, fino podešavanje duljine šupljine i zaključavanje sinkronizacije, što će uvelike utjecati na višestruko poboljšanje šupljine pojačane rezonancijom.U isto vrijeme, nelinearni fazni odziv plazme u žarišnoj točki šupljine također predstavlja izazov.Stoga, trenutno, ova vrsta izvora svjetlosti nije postala glavni ekstremni ultraljubičastivisokoharmonijski izvor svjetlosti.
Vrijeme objave: 29. travnja 2024