Pokroky v extrémním ultrafialovém zářenítechnologie světelných zdrojů
Extrémní ultrafialové zdroje s vysokými harmonickými v posledních letech přitahují širokou pozornost v oblasti dynamiky elektronů díky své silné koherenci, krátkému trvání pulsu a vysoké energii fotonů a jsou používány v různých spektrálních a zobrazovacích studiích. S pokrokem technologie totosvětelný zdrojse vyvíjí směrem k vyšší opakovací frekvenci, vyššímu toku fotonů, vyšší energii fotonů a kratší šířce pulzu. Tento pokrok nejen optimalizuje rozlišení měření extrémních zdrojů ultrafialového světla, ale také poskytuje nové možnosti pro budoucí trendy technologického vývoje. Proto má hloubkové studium a pochopení zdroje ultrafialového světla s vysokou opakovací frekvencí velký význam pro zvládnutí a aplikaci nejmodernější technologie.
Pro měření elektronové spektroskopie na femtosekundových a attosekundových časových škálách je počet událostí měřených v jediném paprsku často nedostatečný, takže nízkofrekvenční světelné zdroje jsou nedostatečné pro získání spolehlivých statistik. Světelný zdroj s nízkým tokem fotonů zároveň sníží poměr signálu k šumu mikroskopického zobrazování během omezené doby expozice. Prostřednictvím nepřetržitého průzkumu a experimentů vědci provedli mnoho vylepšení v optimalizaci výnosu a návrhu přenosu ultrafialového světla s vysokou opakovací frekvencí. K dosažení vysoce přesného měření struktury materiálu a elektronického dynamického procesu byla použita pokročilá technologie spektrální analýzy v kombinaci se zdrojem extrémního ultrafialového světla s vysokou opakovací frekvencí.
Aplikace zdrojů extrémního ultrafialového světla, jako je měření úhlově rozlišené elektronové spektroskopie (ARPES), vyžadují k osvětlení vzorku paprsek extrémního ultrafialového světla. Elektrony na povrchu vzorku jsou excitovány do spojitého stavu extrémním ultrafialovým světlem a kinetická energie a emisní úhel fotoelektronů obsahují informaci o pásové struktuře vzorku. Elektronový analyzátor s funkcí úhlového rozlišení přijímá vyzařované fotoelektrony a získává pásovou strukturu v blízkosti valenčního pásma vzorku. Pro zdroj extrémního ultrafialového světla s nízkou frekvencí opakování, protože jeho jediný puls obsahuje velké množství fotonů, vybudí velké množství fotoelektronů na povrchu vzorku v krátkém čase a Coulombova interakce způsobí vážné rozšíření distribuce. kinetické energie fotoelektronu, která se nazývá efekt prostorového náboje. Aby se snížil vliv efektu prostorového náboje, je nutné snížit fotoelektrony obsažené v každém pulzu při zachování konstantního toku fotonů, takže je nutné říditlasers vysokou opakovací frekvencí pro vytvoření extrémního zdroje ultrafialového světla s vysokou opakovací frekvencí.
Technologie rezonanční vylepšené dutiny realizuje generování vyšších harmonických při opakovací frekvenci MHz
Za účelem získání zdroje extrémního ultrafialového světla s opakovací frekvencí až 60 MHz provedl Jonesův tým na University of British Columbia ve Spojeném království generování harmonických vyšších řádů v dutině pro zesílení femtosekundové rezonance (fsEC), aby bylo dosaženo praktické zdroj extrémního ultrafialového světla a aplikoval jej na experimenty časově rozlišené úhlově rozlišené elektronové spektroskopie (Tr-ARPES). Světelný zdroj je schopen dodat fotonový tok více než 1011 fotonových čísel za sekundu s jedinou harmonickou při opakovací frekvenci 60 MHz v energetickém rozsahu 8 až 40 eV. Použili ytterbiem dopovaný vláknový laserový systém jako zdroj zárodku pro fsEC a řídili pulzní charakteristiky prostřednictvím přizpůsobeného designu laserového systému, aby minimalizovali šum offsetové frekvence nosné obálky (fCEO) a udrželi dobré charakteristiky komprese pulzu na konci řetězce zesilovače. K dosažení stabilního zesílení rezonance v rámci fsEC používají tři regulační smyčky serva pro zpětnovazební řízení, což má za následek aktivní stabilizaci na dvou stupních volnosti: doba cyklu pulsu v rámci fsEC odpovídá periodě laserového pulsu a fázový posun nosiče elektrického pole s ohledem na obálku impulsu (tj. fáze obálky nosiče, ϕCEO).
Použitím kryptonového plynu jako pracovního plynu dosáhl výzkumný tým generování harmonických vyšších řádů ve fsEC. Provedli Tr-ARPES měření grafitu a pozorovali rychlou termiaci a následnou pomalou rekombinaci tepelně neexcitovaných elektronových populací a také dynamiku tepelně netepelně přímo excitovaných stavů v blízkosti Fermiho hladiny nad 0,6 eV. Tento zdroj světla poskytuje důležitý nástroj pro studium elektronické struktury složitých materiálů. Generování harmonických vyšších řádů ve fsEC má však velmi vysoké požadavky na odrazivost, kompenzaci disperze, jemné nastavení délky dutiny a synchronizační uzamčení, což značně ovlivní násobek zesílení dutiny se zesílenou rezonancí. Současně je výzvou také nelineární fázová odezva plazmy v ohnisku dutiny. Proto se v současnosti tento druh světelného zdroje nestal hlavním proudem extrémního ultrafialového zářenízdroj vysokého harmonického světla.
Čas odeslání: 29. dubna 2024