Napredek v ekstremnem ultravijoličnem sevanjutehnologija svetlobnih virov
V zadnjih letih so ekstremni ultravijolični viri visokih harmonikov pritegnili veliko pozornosti 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 je tovir svetlobese razvija v smeri višje frekvence ponovitve, višjega fotonskega pretoka, višje energije fotonov in krajše širine impulza. Ta napredek ne le optimizira merilno ločljivost virov ekstremne ultravijolične svetlobe, temveč ponuja tudi nove možnosti za prihodnje trende tehnološkega razvoja. Zato je poglobljen študij in razumevanje virov ekstremne ultravijolične svetlobe z visoko frekvenco ponovitve zelo pomembno za obvladovanje in uporabo najsodobnejše tehnologije.
Za meritve elektronske spektroskopije v femtosekundnih in atosekundnih časovnih skalah je število izmerjenih dogodkov v enem samem žarku pogosto nezadostno, zaradi česar nizkofrekvenčni svetlobni viri ne zadostujejo za pridobitev zanesljive statistike. Hkrati svetlobni vir z nizkim fotonskim tokom zmanjša razmerje signal/šum mikroskopskega slikanja med omejenim časom 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 visokofrekvenčnim ekstremnim ultravijoličnim svetlobnim virom je bila uporabljena za doseganje visoko natančnih meritev strukture materiala in elektronskih dinamičnih procesov.
Uporaba virov ekstremne ultravijolične svetlobe, kot so meritve z kotno razločeno elektronsko spektroskopijo (ARPES), zahteva žarek ekstremne ultravijolične svetlobe za osvetlitev vzorca. Elektroni na površini vzorca se z ekstremno ultravijolično svetlobo vzbujajo v neprekinjeno stanje, kinetična energija in emisijski kot fotoelektronov pa vsebujeta informacije o pasovni strukturi vzorca. Analizator elektronov s funkcijo kotne ločljivosti sprejema sevane fotoelektrone in pridobi pasovno strukturo blizu valentnega pasu vzorca. Pri viru ekstremne ultravijolične svetlobe z nizko frekvenco ponavljanja bo zaradi velikega števila fotonov v kratkem času na površini vzorca vzbudil veliko število fotoelektronov, Coulombova interakcija pa bo povzročila znatno razširitev porazdelitve kinetične energije fotoelektronov, kar imenujemo učinek prostorskega naboja. Da bi zmanjšali vpliv učinka prostorskega naboja, je treba zmanjšati število fotoelektronov v vsakem impulzu, hkrati pa ohraniti konstanten fotonski tok, zato je treba krmilitilaserz visoko frekvenco ponavljanja za proizvodnjo ekstremnega ultravijoličnega svetlobnega vira z visoko frekvenco ponavljanja.
Tehnologija resonančno izboljšane votline omogoča generiranje višjih harmonikov pri MHz ponavljalni frekvenci
Da bi dobili ekstremni ultravijolični svetlobni vir s frekvenco ponovitve do 60 MHz, je ekipa Jones na Univerzi v Britanski Kolumbiji v Združenem kraljestvu izvedla generiranje harmonikov visokega reda v femtosekundni resonančni votlini (fsEC), da bi dosegla praktičen ekstremni ultravijolični svetlobni vir, in ga uporabila v poskusih časovno ločljive kotno ločljive elektronske spektroskopije (Tr-ARPES). Svetlobni vir je sposoben oddajati fotonski tok več kot 1011 fotonskih števil na sekundo z enim samim harmonikom s frekvenco ponovitve 60 MHz v energijskem območju od 8 do 40 eV. Kot izvorni vir za fsEC so uporabili z iterbijem dopiran vlaknasti laserski sistem in nadzorovali karakteristike impulzov s prilagojeno zasnovo laserskega sistema, da bi zmanjšali šum frekvence odmika nosilne ovojnice (fCEO) in ohranili dobre karakteristike kompresije impulzov na koncu ojačevalne verige. Da bi dosegli stabilno resonančno izboljšanje znotraj fsEC, uporabljajo tri servo krmilne zanke za povratno regulacijo, kar ima za posledico aktivno stabilizacijo pri dveh stopnjah svobode: čas kroženja impulznega cikla znotraj fsEC se ujema s periodo laserskega impulza, fazni premik nosilca električnega polja glede na ovojnico impulza (tj. fazo ovojnice nosilca, ϕCEO).
Z uporabo kriptona kot delovnega plina je raziskovalna skupina dosegla generiranje višjih harmonikov v fsEC. Izvedli so Tr-ARPES meritve grafita in opazovali hitro termiacijo in posledično počasno rekombinacijo netermično vzbujenih elektronskih populacij, kot tudi dinamiko netermično neposredno vzbujenih stanj blizu Fermijevega nivoja nad 0,6 eV. Ta svetlobni vir je pomembno orodje za preučevanje elektronske strukture kompleksnih materialov. Vendar pa ima generiranje višjih harmonikov v fsEC zelo visoke zahteve glede odbojnosti, kompenzacije disperzije, fine nastavitve dolžine votline in sinhronizacijskega zaklepanja, kar bo močno vplivalo na večkratnik ojačanja resonančno ojačane votline. Hkrati je izziv tudi nelinearni fazni odziv plazme v goriščni točki votline. Zato trenutno ta vrsta svetlobnega vira ni postala glavni vir ekstremnega ultravijoličnega sevanja.visokoharmonični svetlobni vir.
Čas objave: 29. april 2024