Досягнення в екстремальному ультрафіолетовому випромінюваннітехнологія джерела світла
В останні роки джерела високих гармонік екстремального ультрафіолетового випромінювання привернули широку увагу в галузі електронної динаміки завдяки своїй сильній когерентності, короткій тривалості імпульсу та високій енергії фотонів, і використовуються в різних спектральних та візуалізаційних дослідженнях. З розвитком технологій це...джерело світларозвивається в напрямку вищої частоти повторення, вищого потоку фотонів, вищої енергії фотонів та коротшої тривалості імпульсу. Цей прогрес не лише оптимізує роздільну здатність вимірювання джерел екстремального ультрафіолетового світла, але й відкриває нові можливості для майбутніх тенденцій технологічного розвитку. Тому поглиблене вивчення та розуміння джерел екстремального ультрафіолетового світла з високою частотою повторення має велике значення для оволодіння та застосування передових технологій.
Для вимірювань електронної спектроскопії у фемтосекундному та атосекундному часових масштабах кількість подій, що вимірюються в одному промені, часто є недостатньою, що робить джерела світла з низькою речастотою недостатніми для отримання достовірної статистики. Водночас, джерело світла з низьким потоком фотонів зменшить співвідношення сигнал/шум мікроскопічного зображення протягом обмеженого часу експозиції. Завдяки постійним дослідженням та експериментам, дослідники досягли значних покращень в оптимізації виходу та проектуванні передачі високочастотного екстремального ультрафіолетового світла. Передова технологія спектрального аналізу в поєднанні з високочастотним джерелом екстремального ультрафіолетового світла була використана для досягнення високоточних вимірювань структури матеріалу та електронних динамічних процесів.
Застосування джерел екстремального ультрафіолетового світла, таких як вимірювання за допомогою кутової роздільної здатності електронної спектроскопії (ARPES), вимагає пучка екстремального ультрафіолетового світла для освітлення зразка. Електрони на поверхні зразка збуджуються до безперервного стану екстремальним ультрафіолетовим світлом, а кінетична енергія та кут випромінювання фотоелектронів містять інформацію про зонну структуру зразка. Електронний аналізатор з функцією кутової роздільної здатності приймає випромінювані фотоелектрони та отримує зонну структуру поблизу валентної зони зразка. Для джерела екстремального ультрафіолетового світла з низькою частотою повторення, оскільки його одиничний імпульс містить велику кількість фотонів, воно збуджуватиме велику кількість фотоелектронів на поверхні зразка за короткий час, а кулонівська взаємодія призведе до значного розширення розподілу кінетичної енергії фотоелектронів, що називається ефектом просторового заряду. Щоб зменшити вплив ефекту просторового заряду, необхідно зменшити кількість фотоелектронів, що містяться в кожному імпульсі, зберігаючи при цьому постійний потік фотонів, тому необхідно керувати...лазерз високою частотою повторення для створення екстремального ультрафіолетового джерела світла з високою частотою повторення.
Технологія резонансного резонатора з покращеним резонансом реалізує генерацію гармонік вищого порядку на частоті повторення MHz
Щоб отримати джерело екстремального ультрафіолетового світла з частотою повторення до 60 МГц, команда Джонса з Університету Британської Колумбії у Великій Британії виконала генерацію гармонік високого порядку в резонаторі з фемтосекундним резонансним підсиленням (fsEC) для створення практичного джерела екстремального ультрафіолетового світла та застосувала його в експериментах з кутовою роздільною здатністю електронної спектроскопії з роздільною здатністю з часом (Tr-ARPES). Джерело світла здатне видавати потік фотонів понад 1011 кількості фотонів за секунду з однією гармонікою з частотою повторення 60 МГц в діапазоні енергій від 8 до 40 еВ. Вони використовували волоконну лазерну систему, леговану ітербієм, як джерело початкового значення для fsEC та контролювали характеристики імпульсів за допомогою спеціально розробленої лазерної системи, щоб мінімізувати шум зсуву частоти обвідної несучої (fCEO) та підтримувати хороші характеристики стиснення імпульсів на кінці ланцюга підсилювача. Для досягнення стабільного посилення резонансу в межах fsEC вони використовують три контури сервокерування для керування зі зворотним зв'язком, що призводить до активної стабілізації з двома ступенями свободи: час проходження циклу імпульсу в межах fsEC відповідає періоду лазерного імпульсу, а фазовий зсув носія електричного поля відносно обвідної імпульсу (тобто фаза обвідної носія, ϕCEO).
Використовуючи криптон як робочий газ, дослідницька група досягла генерації гармонік вищого порядку в екстремальному ультрафіолетовому випромінюванні (fsEC). Вони виконали вимірювання Tr-ARPES графіту та спостерігали швидку терміацію та подальшу повільну рекомбінацію нетермічно збуджених електронних популяцій, а також динаміку нетермічно безпосередньо збуджених станів поблизу рівня Фермі вище 0,6 еВ. Це джерело світла є важливим інструментом для вивчення електронної структури складних матеріалів. Однак генерація гармонік високого порядку в fsEC має дуже високі вимоги до відбивної здатності, компенсації дисперсії, точного регулювання довжини резонатора та синхронізації, що значно вплине на кратність підсилення резонаторного резонатора. Водночас, нелінійна фазова характеристика плазми у фокальній точці резонатора також є проблемою. Тому наразі цей тип джерела світла не став основним джерелом екстремального ультрафіолетового випромінювання.джерело світла високих гармонік.
Час публікації: 29 квітня 2024 р.