Pokroky v extrémním ultrafialovém zářenítechnologie světelných zdrojů
V posledních letech přitahují extrémní ultrafialové zdroje s vysokými harmonickými zářením velkou pozornost v oblasti dynamiky elektronů díky své silné koherenci, krátké době trvání pulzu a vysoké energii fotonů a byly použity v různých spektrálních a zobrazovacích studiích. S pokrokem technologií se tento...zdroj světlase vyvíjí směrem k vyšší opakovací frekvenci, vyššímu toku fotonů, vyšší energii fotonů a kratší šířce pulzu. Tento pokrok nejen optimalizuje rozlišení měření zdrojů extrémního ultrafialového záření, ale také poskytuje nové možnosti pro budoucí trendy technologického rozvoje. Proto má hloubkové studium a pochopení zdrojů extrémního ultrafialového záření s vysokou opakovací frekvencí velký význam pro zvládnutí a aplikaci špičkových technologií.
Pro měření elektronové spektroskopie na femtosekundových a attosekundových časových škálách je počet událostí měřených v jednom paprsku často nedostatečný, takže nízkofrekvenční světelné zdroje nejsou dostatečné pro získání spolehlivých statistik. Zároveň světelný zdroj s nízkým fotonovým tokem snižuje poměr signálu k šumu mikroskopického zobrazování během omezené doby expozice. Prostřednictvím neustálého výzkumu a experimentů vědci provedli mnoho vylepšení v optimalizaci výtěžku a návrhu přenosu extrémního ultrafialového záření s vysokou opakovací frekvencí. Pokročilá technologie spektrální analýzy v kombinaci se zdrojem extrémního ultrafialového záření s vysokou opakovací frekvencí byla použita k dosažení vysoce přesného měření struktury materiálu a elektronických dynamických procesů.
Aplikace zdrojů extrémního ultrafialového záření, jako jsou měření pomocí úhlové rozlišené elektronové spektroskopie (ARPES), vyžadují paprsek extrémního ultrafialového záření k osvětlení vzorku. Elektrony na povrchu vzorku jsou extrémním ultrafialovým zářením excitovány do kontinuálního stavu a kinetická energie a emisní úhel fotoelektronů obsahují informace o pásové struktuře vzorku. Analyzátor elektronů s funkcí úhlového rozlišení přijímá vyzařované fotoelektrony a získává pásovou strukturu v blízkosti valenčního pásu vzorku. U zdroje extrémního ultrafialového záření s nízkou opakovací frekvencí, protože jeho jediný pulz obsahuje velký počet fotonů, dojde k excitaci velkého počtu fotoelektronů na povrchu vzorku v krátkém čase a Coulombova interakce způsobí výrazné rozšíření rozložení kinetické energie fotoelektronů, což se nazývá efekt prostorového náboje. Aby se snížil vliv efektu prostorového náboje, je nutné snížit počet fotoelektronů obsažených v každém pulzu a zároveň zachovat konstantní tok fotonů, takže je nutné řídit...lasers vysokou opakovací frekvencí pro vytvoření extrémního zdroje ultrafialového světla s vysokou opakovací frekvencí.
Technologie rezonanční dutiny s vylepšenou rezonancí realizuje generování vyšších harmonických složek na opakovací frekvenci MHz
Aby tým Jones z Univerzity Britské Kolumbie ve Spojeném království získal extrémní zdroj ultrafialového světla s opakovací frekvencí až 60 MHz, provedl generování vyšších harmonických v dutině s femtosekundovou rezonancí (fsEC). Vytvořil tak praktický zdroj extrémního ultrafialového světla a aplikoval jej na experimenty s časově rozlišenou úhlově rozlišenou elektronovou spektroskopií (Tr-ARPES). Zdroj světla je schopen dodat fotonový tok více než 1011 fotonů za sekundu s jedinou harmonickou s opakovací frekvencí 60 MHz v energetickém rozsahu 8 až 40 eV. Jako základní zdroj pro fsEC použili vláknový laserový systém dopovaný ytterbiem a řídili charakteristiky pulzů pomocí přizpůsobeného návrhu laserového systému, aby minimalizovali šum posunu frekvence obálky nosiče (fCEO) a zachovali dobré charakteristiky komprese pulzů na konci zesilovacího řetězce. Aby se dosáhlo stabilního zesílení rezonance v rámci fsEC, používají se pro zpětnovazební řízení tři servo řídicí smyčky, což vede k aktivní stabilizaci se dvěma stupni volnosti: doba obehu pulzního cyklu v rámci fsEC odpovídá periodě laserového pulzu a fázový posun nosiče elektrického pole vzhledem k obálce pulzu (tj. fáze obálky nosiče, ϕCEO).
Použitím kryptonu jako pracovního plynu dosáhl výzkumný tým generace vyšších harmonických v extrémně ultrafialovém záření (fsEC). Provedli Tr-ARPES měření grafitu a pozorovali rychlou termiaci a následnou pomalou rekombinaci netepelně excitovaných elektronových populací, stejně jako dynamiku netepelně přímo excitovaných stavů v blízkosti Fermiho hladiny nad 0,6 eV. Tento světelný zdroj poskytuje důležitý nástroj pro studium elektronické struktury složitých materiálů. Generování vyšších harmonických v extrémně ultrafialovém záření však má velmi vysoké požadavky na odrazivost, kompenzaci disperze, jemné nastavení délky dutiny a synchronizační blokování, což výrazně ovlivní násobek zesílení rezonančně zesílené dutiny. Zároveň je výzvou nelineární fázová odezva plazmatu v ohnisku dutiny. Proto se v současné době tento druh světelného zdroje nestal běžným zdrojem extrémního ultrafialového záření.zdroj světla s vysokými harmonickými.
Čas zveřejnění: 29. dubna 2024