Pokroky v extrémnom ultrafialovom žiarenítechnológia svetelných zdrojov
V posledných rokoch pritiahli extrémne ultrafialové zdroje s vysokými harmonickými žiarením širokú pozornosť v oblasti dynamiky elektrónov vďaka svojej silnej koherencii, krátkemu trvaniu impulzu a vysokej energii fotónov a používajú sa v rôznych spektrálnych a zobrazovacích štúdiách. S pokrokom v technológii to...zdroj svetlasa vyvíja smerom k vyššej opakovacej frekvencii, vyššiemu toku fotónov, vyššej energii fotónov a kratšej šírke impulzu. Tento pokrok nielen optimalizuje rozlíšenie merania zdrojov extrémneho ultrafialového žiarenia, ale poskytuje aj nové možnosti pre budúce trendy technologického rozvoja. Preto má hĺbkové štúdium a pochopenie zdrojov extrémneho ultrafialového žiarenia s vysokou opakovacou frekvenciou veľký význam pre zvládnutie a aplikáciu špičkových technológií.
Pri meraniach elektrónovou spektroskopiou na femtosekundových a atosekundových časových škálach je počet udalostí meraných v jednom lúči často nedostatočný, čo robí nízkofrekvenčné svetelné zdroje nedostačujúcimi na získanie spoľahlivých štatistík. Zároveň svetelný zdroj s nízkym tokom fotónov zníži pomer signálu k šumu mikroskopického zobrazovania počas obmedzeného času expozície. Prostredníctvom neustáleho skúmania a experimentov výskumníci dosiahli mnoho vylepšení v optimalizácii výťažnosti a návrhu prenosu extrémneho ultrafialového svetla s vysokou opakovacou frekvenciou. Pokročilá technológia spektrálnej analýzy v kombinácii so zdrojom extrémneho ultrafialového svetla s vysokou opakovacou frekvenciou sa použila na dosiahnutie vysoko presného merania štruktúry materiálu a elektronických dynamických procesov.
Aplikácie zdrojov extrémneho ultrafialového svetla, ako sú merania uhlovo rozlíšenou elektrónovou spektroskopiou (ARPES), vyžadujú na osvetlenie vzorky lúč extrémneho ultrafialového svetla. Elektróny na povrchu vzorky sú extrémnym ultrafialovým svetlom excitované do kontinuálneho stavu a kinetická energia a emisný uhol fotoelektrónov obsahujú informácie o pásmovej štruktúre vzorky. Elektrónový analyzátor s funkciou uhlového rozlíšenia prijíma vyžarované fotoelektróny a získava pásmovú štruktúru v blízkosti valenčného pásma vzorky. Pri zdroji extrémneho ultrafialového svetla s nízkou opakovacou frekvenciou, pretože jeho jediný impulz obsahuje veľký počet fotónov, excituje veľký počet fotoelektrónov na povrchu vzorky v krátkom čase a Coulombova interakcia spôsobí výrazné rozšírenie rozloženia kinetickej energie fotoelektrónov, čo sa nazýva efekt priestorového náboja. Aby sa znížil vplyv efektu priestorového náboja, je potrebné znížiť počet fotoelektrónov obsiahnutých v každom impulze a zároveň zachovať konštantný tok fotónov, takže je potrebné riadiť...lasers vysokou opakovacou frekvenciou na vytvorenie extrémneho ultrafialového zdroja svetla s vysokou opakovacou frekvenciou.
Technológia rezonančnej dutiny s vylepšenou rezonanciou realizuje generovanie vyšších harmonických kmitočtov pri opakovacej frekvencii MHz
Aby tím Jones z University of British Columbia v Spojenom kráľovstve získal extrémny zdroj ultrafialového svetla s opakovacou frekvenciou až 60 MHz, vykonal generovanie harmonických vyššieho rádu v dutine s femtosekundovým rezonančným zosilnením (fsEC), aby dosiahol praktický zdroj extrémneho ultrafialového svetla a aplikoval ho na experimenty s časovo rozlíšenou uhlovo rozlíšenou elektrónovou spektroskopiou (Tr-ARPES). Svetelný zdroj je schopný dodať fotónový tok viac ako 1011 fotónov za sekundu s jedinou harmonickou pri opakovacej frekvencii 60 MHz v energetickom rozsahu 8 až 40 eV. Ako základný zdroj pre fsEC použili vláknový laserový systém dopovaný yterbiom a riadili charakteristiky impulzov prostredníctvom prispôsobeného návrhu laserového systému, aby minimalizovali šum posunu frekvencie obálky nosiča (fCEO) a zachovali dobré charakteristiky kompresie impulzov na konci zosilňovacieho reťazca. Na dosiahnutie stabilného zosilnenia rezonancie v rámci fsEC používajú tri servo riadiace slučky na riadenie spätnej väzby, čo vedie k aktívnej stabilizácii pri dvoch stupňoch voľnosti: čas obehu pulzného cyklu v rámci fsEC zodpovedá perióde laserového impulzu a fázový posun nosiča elektrického poľa vzhľadom na obálku impulzu (tj fáza obálky nosiča, ϕCEO).
Použitím kryptónového plynu ako pracovného plynu dosiahol výskumný tím generovanie vyšších harmonických rádov v fsEC. Vykonali merania Tr-ARPES grafitu a pozorovali rýchlu termiáciu a následnú pomalú rekombináciu netepelne excitovaných elektrónových populácií, ako aj dynamiku netepelne priamo excitovaných stavov v blízkosti Fermiho hladiny nad 0,6 eV. Tento svetelný zdroj poskytuje dôležitý nástroj na štúdium elektronickej štruktúry zložitých materiálov. Generovanie vyšších harmonických rádov v fsEC však má veľmi vysoké požiadavky na odrazivosť, kompenzáciu disperzie, jemné nastavenie dĺžky dutiny a synchronizačné blokovanie, čo výrazne ovplyvní násobok zosilnenia rezonančne zosilnenej dutiny. Zároveň je výzvou aj nelineárna fázová odozva plazmy v ohnisku dutiny. Preto sa v súčasnosti tento druh svetelného zdroja nestal hlavným prúdom extrémneho ultrafialového žiarenia.vysokoharmonický svetelný zdroj.
Čas uverejnenia: 29. apríla 2024