Napredek v ekstremnem ultravijoličnem sevanjutehnologija svetlobnega vira
V zadnjih letih so ekstremni ultravijolični visoko harmonični viri pritegnili veliko pozornost na področju elektronske dinamike zaradi svoje močne koherence, kratkega trajanja impulza in visoke energije fotonov ter so bili uporabljeni v različnih spektralnih in slikovnih študijah. Z napredkom tehnologije tovir svetlobese razvija v smeri višje frekvence ponavljanja, večjega toka fotonov, višje energije fotonov in krajše širine impulza. Ta napredek ne le optimizira merilno ločljivost virov ekstremne ultravijolične svetlobe, temveč nudi tudi nove možnosti za prihodnje trende tehnološkega razvoja. Zato je poglobljena študija in razumevanje vira ekstremne ultravijolične svetlobe z visoko frekvenco ponavljanja zelo pomembna za obvladovanje in uporabo vrhunske tehnologije.
Za meritve elektronske spektroskopije na femtosekundni in atosekundni časovni lestvici je število dogodkov, izmerjenih v enem samem žarku, pogosto nezadostno, zaradi česar svetlobni viri z nizko frekvenco ne zadostujejo za pridobitev zanesljive statistike. Hkrati bo svetlobni vir z nizkim fotonskim tokom zmanjšal razmerje med signalom in šumom mikroskopskega slikanja v omejenem času osvetlitve. Z nenehnim raziskovanjem in poskusi so raziskovalci dosegli številne izboljšave pri optimizaciji izkoristka in zasnovi prenosa ekstremne ultravijolične svetlobe z visoko frekvenco ponavljanja. Napredna tehnologija spektralne analize v kombinaciji z virom ekstremne ultravijolične svetlobe z visoko frekvenco ponavljanja je bila uporabljena za doseganje visoko natančnega merjenja strukture materiala in elektronskega dinamičnega procesa.
Pri uporabi virov ekstremne ultravijolične svetlobe, kot so meritve spektroskopije s kotno ločljivimi elektroni (ARPES), je za osvetlitev vzorca potreben žarek ekstremne ultravijolične svetlobe. Elektroni na površini vzorca so vzburjeni v zvezno stanje z ekstremno ultravijolično svetlobo, kinetična energija in emisijski kot fotoelektronov pa vsebujeta informacije o pasovni strukturi vzorca. Elektronski analizator s funkcijo ločljivosti kota sprejme sevane fotoelektrone in pridobi pasovno strukturo blizu valenčnega pasu vzorca. Za vir ekstremne ultravijolične svetlobe z nizko frekvenco ponavljanja, ker njegov posamezen impulz vsebuje veliko število fotonov, bo v kratkem času vzbudil veliko število fotoelektronov na površini vzorca, Coulombova interakcija pa bo povzročila resno razširitev porazdelitve kinetične energije fotoelektrona, kar imenujemo učinek prostorskega naboja. Da bi zmanjšali vpliv učinka prostorskega naboja, je treba zmanjšati fotoelektrone, ki jih vsebuje vsak impulz, hkrati pa ohraniti konstanten fotonski tok, zato je treba poganjatilaserz visoko frekvenco ponavljanja za ustvarjanje ekstremnega vira ultravijolične svetlobe z visoko frekvenco ponavljanja.
Tehnologija z resonančno izboljšano votlino realizira generiranje harmonikov visokega reda pri frekvenci ponavljanja MHz
Da bi pridobili vir ekstremne ultravijolične svetlobe s hitrostjo ponavljanja do 60 MHz, je skupina Jones na Univerzi Britanske Kolumbije v Združenem kraljestvu izvedla generiranje harmonike visokega reda v votlini za izboljšanje femtosekundne resonance (fsEC), da bi dosegla praktično vir ekstremne ultravijolične svetlobe in ga uporabil za eksperimente s časovno ločljivo kotno ločljivo elektronsko spektroskopijo (Tr-ARPES). Svetlobni vir je sposoben oddajati fotonski tok več kot 1011 fotonskih števil na sekundo z enim harmonikom pri hitrosti ponavljanja 60 MHz v energijskem območju od 8 do 40 eV. Uporabili so laserski sistem z vlakni, dopiranim z iterbijem, kot začetni vir za fsEC in nadzorovali značilnosti impulza s prilagojeno zasnovo laserskega sistema, da bi zmanjšali hrup frekvence odmika nosilne ovojnice (fCEO) in ohranili dobre karakteristike kompresije impulza na koncu ojačevalne verige. Da bi dosegli stabilno izboljšanje resonance znotraj fsEC, uporabljajo tri servo krmilne zanke za povratno krmiljenje, kar ima za posledico aktivno stabilizacijo pri dveh prostostnih stopnjah: krožni čas kroženja impulza znotraj fsEC se ujema s periodo laserskega impulza in fazni premik nosilca električnega polja glede na ovojnico impulza (tj. faza nosilne ovojnice, ϕCEO).
Z uporabo plina kriptona kot delovnega plina je raziskovalna skupina dosegla generiranje harmonikov višjega reda v fsEC. Izvedli so meritve grafita s Tr-ARPES in opazovali hitro termizacijo in kasnejšo počasno rekombinacijo netoplotno vzbujenih elektronskih populacij, kot tudi dinamiko netoplotno neposredno vzbujenih stanj blizu Fermijevega nivoja nad 0,6 eV. Ta vir svetlobe je pomembno orodje za preučevanje elektronske strukture kompleksnih materialov. Vendar pa ima ustvarjanje harmonikov visokega reda v fsEC zelo visoke zahteve glede odbojnosti, kompenzacije disperzije, natančne prilagoditve dolžine votline in zaklepanja sinhronizacije, kar bo močno vplivalo na večkratnik povečanja resonančno izboljšane votline. Hkrati je izziv tudi nelinearni fazni odziv plazme v žarišču votline. Zato ta vrsta svetlobnega vira trenutno ni postala običajna skrajna ultravijolična svetlobavir visoko harmonične svetlobe.
Čas objave: 29. aprila 2024