Az extrém ultraibolya fényforrás technológia fejlődése

Előrelépés az extrém ultraibolya térbenfényforrás technológia

Az utóbbi években az extrém ultraibolya sugárzású, magas harmonikus források az elektrondinamika területén nagy figyelmet kaptak erős koherenciájuk, rövid impulzusidejük és magas fotonenergiájuk miatt, és különféle spektrális és képalkotó vizsgálatokban alkalmazták őket. A technika fejlődésével ezfényforrása magasabb ismétlési frekvencia, nagyobb fotonfluxus, nagyobb fotonenergia és rövidebb impulzusszélesség felé fejlődik. Ez az előrelépés nemcsak az extrém ultraibolya fényforrások mérési felbontását optimalizálja, hanem új lehetőségeket is kínál a jövőbeni technológiai fejlesztési trendek számára. Ezért a nagy ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrások mélyreható tanulmányozása és megértése nagy jelentőséggel bír a legmodernebb technológia elsajátítása és alkalmazása szempontjából.

A femtoszekundumos és attoszekundumos időskálán végzett elektronspektroszkópiás méréseknél az egyetlen sugárban mért események száma gyakran nem elegendő, így az alacsony frekvenciájú fényforrások nem elegendőek a megbízható statisztikák készítéséhez. Ugyanakkor az alacsony fotonfluxusú fényforrás csökkenti a mikroszkópos képalkotás jel-zaj arányát a korlátozott expozíciós idő alatt. Folyamatos kutatások és kísérletek révén a kutatók számos fejlesztést hajtottak végre a nagy ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fény hozamoptimalizálása és átviteli tervezése terén. A fejlett spektrális elemzési technológiát a nagy ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrással kombinálva használták az anyagszerkezet és az elektronikus dinamikus folyamat nagy pontosságú mérésének eléréséhez.

Az extrém ultraibolya fényforrások alkalmazásai, mint például a szögfelbontású elektronspektroszkópia (ARPES) mérések, extrém ultraibolya fényt 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 Szögfelbontás funkcióval rendelkező elektronanalizátor fogadja a kisugárzott fotoelektronokat, és a minta vegyértéksávjához közeli sávszerkezetet kap. Alacsony ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrás esetén, mivel egyetlen impulzusa nagyszámú fotont tartalmaz, rövid időn belül nagyszámú fotoelektront gerjeszt a minta felületén, és a Coulomb-kölcsönhatás az eloszlás komoly kiszélesedését eredményezi. a fotoelektron kinetikus energiája, amelyet tértöltési hatásnak neveznek. A tértöltés hatásának csökkentése érdekében az állandó fotonfluxus fenntartása mellett csökkenteni kell az egyes impulzusokban lévő fotoelektronokat, ezért szükséges alézermagas ismétlési frekvenciával, hogy extrém ultraibolya fényforrást állítson elő magas ismétlési frekvenciával.

A rezonanciával megnövelt üreges technológia magas rendű harmonikusok generálását valósítja meg MHz ismétlési frekvencián
A 60 MHz-es ismétlési frekvenciájú extrém ultraibolya fényforrás beszerzése érdekében a Brit Columbia Egyetem Jones csapata az Egyesült Királyságban magas rendű harmonikus generálást végzett femtoszekundumos rezonancianövelő üregben (fsEC). extrém ultraibolya fényforrást, és alkalmazta időfelbontású szögfelbontású elektronspektroszkópiás (Tr-ARPES) kísérletekben. A fényforrás másodpercenként több mint 1011 fotonszámú fotonáramot képes leadni egyetlen harmonikussal 60 MHz-es ismétlési frekvenciával a 8 és 40 eV közötti energiatartományban. Ytterbiummal adalékolt szálas lézerrendszert használtak az fsEC magforrásaként, és testreszabott lézerrendszer-tervezésen keresztül szabályozták az impulzuskarakterisztikát, hogy minimalizálják a vivőburkoló-eltolási frekvencia (fCEO) zaját, és fenntartsák a jó impulzustömörítési jellemzőket az erősítőlánc végén. Az fsEC-en belüli stabil rezonanciajavítás elérése érdekében három szervo vezérlőhurkot használnak a visszacsatolás szabályozására, ami két szabadsági fokon aktív stabilizálást eredményez: az fsEC-en belüli impulzusciklus körideje megegyezik a lézerimpulzus periódusával, és a fáziseltolás az elektromos tér vivője az impulzus burkológörbéjéhez képest (azaz a vivőburkoló fázis, ϕCEO).

A kriptongázt munkagázként használva a kutatócsoport magasabb rendű harmonikusokat generált az fsEC-ben. Grafiton Tr-ARPES méréseket végeztek, és megfigyelték a nem termikusan gerjesztett elektronpopulációk gyors termését és ezt 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 összetett anyagok elektronikus szerkezetének tanulmányozásához. Az fsEC-ben a magas rendű harmonikusok generálása azonban nagyon magas követelményeket támaszt a visszaverőképesség, a diszperzió kompenzáció, az üreghossz finombeállítása és a szinkronizációs reteszelés tekintetében, ami nagymértékben befolyásolja a rezonanciával javított üreg fokozási többszörösét. Ugyanakkor kihívást jelent a plazma nemlineáris fázisválasza az üreg fókuszpontjában. Ezért jelenleg ez a fajta fényforrás nem vált a főáramú extrém ultraibolya fényforrássámagas harmonikus fényforrás.