Előrelépések az extrém ultraibolya sugárzásbanfényforrás-technológia
Az utóbbi években az extrém ultraibolya, nagy felharmonikusú források széles körű figyelmet kaptak az elektrondinamika területén erős koherenciájuk, rövid impulzusidőtartamuk és magas fotonenergiájuk miatt, és különféle spektrális és képalkotó vizsgálatokban használták őket. A technológia fejlődésével ezfényforrása magasabb ismétlési frekvencia, a magasabb fotonfluxus, a magasabb fotonenergia és a rövidebb impulzusszélesség felé fejlődik. Ez a fejlődés nemcsak az extrém ultraibolya fényforrások mérési felbontását optimalizálja, hanem új lehetőségeket is kínál a jövőbeli technológiai fejlesztési trendek számára. Ezért a nagy ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrás mélyreható tanulmányozása és megértése nagy jelentőséggel bír a legmodernebb technológia elsajátítása és alkalmazása szempontjából.
A femtoszekundumos és attoszekundumos időskálákon végzett elektronspektroszkópiai mérésekhez az egyetlen nyalábban mért események száma gyakran nem elegendő, így az alacsony refrekvenciás fényforrások nem elegendőek a megbízható statisztikák előállításához. Ugyanakkor az alacsony fotonfluxusú fényforrás csökkenti a mikroszkópos képalkotás jel-zaj arányát a korlátozott expozíciós idő alatt. A folyamatos kutatások és kísérletek révén a kutatók számos fejlesztést hajtottak végre a nagy ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fény hozamoptimalizálásában és átviteli tervezésében. A fejlett spektrális analízis technológiát a nagy ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrással kombinálva az anyagszerkezet és az elektronikus dinamikus folyamatok nagy pontosságú mérésére használták.
Az extrém ultraibolya fényforrások alkalmazásai, mint például a szögfelbontású elektronspektroszkópia (ARPES) mérések, extrém ultraibolya fénynyalábot igényelnek a minta megvilágításához. A minta felületén lévő elektronokat az extrém ultraibolya fény folytonos állapotba gerjeszti, és a fotoelektronok kinetikus energiája és emissziós szöge tartalmazza a minta sávszerkezeti információit. A szögfelbontású funkcióval rendelkező elektronanalizátor fogadja a kisugárzott fotoelektronokat, és meghatározza a minta vegyértéksávja közelében lévő sávszerkezetet. Az alacsony ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrás esetében, mivel egyetlen impulzusa nagyszámú fotont tartalmaz, rövid idő alatt nagyszámú fotoelektront gerjeszt a minta felületén, és a Coulomb-kölcsönhatás a fotoelektron kinetikus energiájának eloszlásának jelentős kiszélesedését okozza, amit tértöltés-effektusnak nevezünk. A tértöltés-effektus befolyásának csökkentése érdekében csökkenteni kell az egyes impulzusokban lévő fotoelektronok számát, miközben az állandó fotonfluxust fenntartjuk, ezért szükséges alézernagy ismétlési frekvenciával, hogy extrém ultraibolya fényforrást hozzon létre nagy ismétlési frekvenciával.
A rezonanciával fokozott üregtechnológia magas rendű harmonikusok generálását valósítja meg MHz ismétlési frekvencián
Egy akár 60 MHz-es ismétlési frekvenciával rendelkező extrém ultraibolya fényforrás előállítása érdekében a British Columbia Egyetem Jones-csapata magas rendű harmonikus generálást végzett egy femtoszekundumos rezonanciaerősítő üregben (fsEC), hogy egy praktikus extrém ultraibolya fényforrást hozzanak létre, és ezt időfelbontásos szögfelbontásos elektronspektroszkópiás (Tr-ARPES) kísérletekben alkalmazták. A fényforrás képes több mint 1011 fotonszám/másodperc fotonfluxust leadni egyetlen harmonikussal, 60 MHz ismétlési frekvenciával, 8-40 eV energiatartományban. Egy itterbiummal adalékolt szálas lézerrendszert használtak az fsEC vetőmagforrásaként, és egy testreszabott lézerrendszer-tervezéssel szabályozták az impulzusjellemzőket, hogy minimalizálják a vivőburok eltolódási frekvenciájának (fCEO) zaját, és jó impulzuskompressziós jellemzőket tartsanak fenn az erősítőlánc végén. Az fsEC-n belüli stabil rezonanciaerősítés eléréséhez három szervovezérlő hurkot használnak a visszacsatolásos vezérléshez, ami két szabadságfokon aktív stabilizációt eredményez: az impulzusciklus oda-vissza ideje az fsEC-n belül megegyezik a lézerimpulzus periódusával, és az elektromos tér vivőjének fáziseltolódása az impulzus burkológörbéhez képest (azaz a vivő burkológörbe fázisa, ϕCEO).
A kutatócsoport kriptongázt használva munkagázként magasabb rendű harmonikusok keletkezését érte el fsEC-ben. Tr-ARPES méréseket végeztek grafiton, és megfigyelték a nem termikusan gerjesztett elektronpopulációk gyors termikus felszabadulását és az azt követő lassú rekombinációját, valamint a nem termikusan közvetlenül gerjesztett állapotok dinamikáját a Fermi-szint közelében, 0,6 eV felett. Ez a fényforrás fontos eszközt biztosít az összetett anyagok elektronikus szerkezetének tanulmányozásához. Az fsEC-ben a magasabb rendű harmonikusok keletkezése azonban nagyon magas követelményeket támaszt a fényvisszaverő képesség, a diszperziókompenzáció, az üreghossz finombeállítása és a szinkronizációs zárolás tekintetében, ami nagymértékben befolyásolja a rezonanciával fokozott üreg erősítési szorzóját. Ugyanakkor a plazma nemlineáris fázisválasza az üreg fókuszpontjában szintén kihívást jelent. Ezért jelenleg ez a fajta fényforrás nem vált a mainstream extrém ultraibolya sugárzási forrássá.nagy harmonikus fényforrás.
Közzététel ideje: 2024. április 29.