Napredak u tehnologiji izvora ekstremnog ultraljubičastog svjetla

Napredak u ekstremnom ultraljubičastomtehnologija izvora svjetlosti

Posljednjih godina, ekstremni ultraljubičasti visokoharmonijski izvori privukli su široku pažnju u području dinamike elektrona zbog svoje jake koherencije, kratkog trajanja impulsa i velike energije fotona, te su korišteni u različitim spektralnim i slikovnim studijama. Sa napretkom tehnologije, ovoizvor svjetlostirazvija se u pravcu veće frekvencije ponavljanja, većeg fotonskog fluksa, veće energije fotona i kraće širine impulsa. Ovaj napredak ne samo da optimizuje rezoluciju mjerenja ekstremnih izvora ultraljubičastog svjetla, već također pruža nove mogućnosti za buduće trendove tehnološkog razvoja. Stoga je dubinsko proučavanje i razumijevanje ekstremnog izvora ultraljubičastog svjetla visoke frekvencije ponavljanja od velikog značaja za ovladavanje i primjenu najsavremenije tehnologije.

Za merenja elektronske spektroskopije na femtosekundnoj i atosekundnoj vremenskoj skali, broj događaja izmerenih u jednom snopu često je nedovoljan, što čini izvore svetlosti niske frekvencije nedovoljnim za dobijanje pouzdane statistike. U isto vrijeme, izvor svjetlosti sa malim fotonskim fluksom će smanjiti omjer signala i šuma mikroskopske slike tokom ograničenog vremena ekspozicije. Kroz kontinuirano istraživanje i eksperimente, istraživači su napravili mnoga poboljšanja u optimizaciji prinosa i dizajnu prijenosa ekstremnog ultraljubičastog svjetla visoke frekvencije ponavljanja. Napredna tehnologija spektralne analize u kombinaciji sa ekstremnim ultraljubičastim izvorom svjetlosti visoke frekvencije ponavljanja korištena je za postizanje visoke preciznosti mjerenja strukture materijala i elektronskog dinamičkog procesa.

Primjene ekstremnih izvora ultraljubičastog svjetla, kao što su mjerenja ugaono razlučene elektronske spektroskopije (ARPES), zahtijevaju snop ekstremnog ultraljubičastog svjetla za osvjetljavanje uzorka. Elektroni na površini uzorka su pobuđeni u kontinuirano stanje ekstremnim ultraljubičastim svjetlom, a kinetička energija i ugao emisije fotoelektrona sadrže informacije o strukturi pojasa uzorka. Analizator elektrona sa funkcijom Angle rezolucije prima zračene fotoelektrone i dobija trakastu strukturu blizu valentnog pojasa uzorka. Za ekstremni izvor ultraljubičastog svjetla niske frekvencije ponavljanja, budući da njegov pojedinačni impuls sadrži veliki broj fotona, on će pobuditi veliki broj fotoelektrona na površini uzorka za kratko vrijeme, a Kulonova interakcija će dovesti do ozbiljnog proširenja distribucije. kinetičke energije fotoelektrona, što se naziva efekat prostornog naboja. Da bi se smanjio utjecaj efekta prostornog naboja, potrebno je smanjiti fotoelektrone sadržane u svakom impulsu uz održavanje konstantnog fotonskog fluksa, pa je potrebno pokretatilasersa visokom frekvencijom ponavljanja za proizvodnju ekstremnog ultraljubičastog izvora svjetlosti s visokom frekvencijom ponavljanja.

Rezonantna tehnologija poboljšane šupljine 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 Univerziteta Britanske Kolumbije u Ujedinjenom Kraljevstvu izveo je generiranje harmonika visokog reda u femtosekundnoj šupljini za poboljšanje rezonancije (fsEC) kako bi se postigao praktičan ekstremnog ultraljubičastog izvora svjetlosti i primijenio ga na eksperimente s vremenski razlučenom kutno-razlučenom elektronskom spektroskopijom (Tr-ARPES). Izvor svjetlosti je sposoban da isporuči tok fotona od više od 1011 brojeva fotona u sekundi sa jednim harmonikom pri stopi ponavljanja od 60 MHz u energetskom rasponu od 8 do 40 eV. Koristili su laserski sistem sa vlaknima dopiranim iterbijumom kao izvorni izvor za fsEC i kontrolisali pulsne karakteristike kroz prilagođeni dizajn laserskog sistema kako bi minimizirali šum pomaka frekvencije omotača nosioca (fCEO) i održali dobre karakteristike kompresije impulsa na kraju lanca pojačala. Da bi postigli stabilno poboljšanje rezonancije unutar fsEC-a, koriste tri servo kontrolne petlje za kontrolu povratne sprege, što rezultira aktivnom stabilizacijom na dva stepena slobode: povratno vrijeme ciklusa impulsa unutar fsEC-a odgovara periodu laserskog impulsa i fazni pomak nosioca električnog polja u odnosu na omotač impulsa (tj. faza omotača nosioca, ϕCEO).

Koristeći gas kripton kao radni gas, istraživački tim je postigao generisanje harmonika višeg reda u fsEC. Izvršili su Tr-ARPES mjerenja grafita i uočili brzu termiciju i kasniju sporu rekombinaciju netermički pobuđenih populacija elektrona, kao i dinamiku netermički direktno pobuđenih stanja u blizini Fermijevog nivoa iznad 0,6 eV. Ovaj izvor svjetlosti predstavlja važan alat za proučavanje elektronske strukture složenih materijala. Međutim, generiranje harmonika visokog reda u fsEC-u ima vrlo visoke zahtjeve za reflektivnost, kompenzaciju disperzije, fino podešavanje dužine šupljine i zaključavanje sinhronizacije, što će u velikoj mjeri utjecati na višekratnik poboljšanja šupljine poboljšane rezonancom. U isto vrijeme, nelinearni fazni odgovor plazme u žarištu šupljine je također izazov. Stoga, trenutno, ova vrsta izvora svjetlosti nije postala glavna struja ekstremnog ultraljubičastog zračenjavisoko harmonijski izvor svjetlosti.