Достижения в области экстремального ультрафиолетатехнология источника света
В последние годы источники высоких гармоник экстремального ультрафиолета привлекли широкое внимание в области электронной динамики благодаря своей высокой когерентности, короткой длительности импульса и высокой энергии фотонов и использовались в различных спектральных и визуальных исследованиях. С развитием технологий этоисточник светаРазвитие направлено на повышение частоты повторения, увеличение потока фотонов, увеличение энергии фотонов и сокращение длительности импульса. Это достижение не только оптимизирует разрешение измерений источников экстремального ультрафиолетового излучения, но и открывает новые возможности для будущих тенденций развития технологий. Поэтому глубокое изучение и понимание принципов работы источников экстремального ультрафиолетового излучения с высокой частотой повторения имеет большое значение для освоения и применения передовых технологий.
Для измерений электронной спектроскопии в фемтосекундном и аттосекундном диапазонах времени количество событий, измеренных в одном пучке, часто недостаточно, что делает низкочастотные источники света недостаточными для получения надежной статистики. В то же время, источник света с низким потоком фотонов снижает отношение сигнал/шум микроскопических изображений в течение ограниченного времени экспозиции. Благодаря постоянным исследованиям и экспериментам исследователи добились значительного улучшения в оптимизации выходного сигнала и конструкции пропускания высокочастотного экстремального ультрафиолетового света. Передовая технология спектрального анализа в сочетании с высокочастотным источником экстремального ультрафиолетового света используется для достижения высокой точности измерения структуры материалов и электронных динамических процессов.
Применение источников экстремального ультрафиолетового света, таких как измерения с угловым разрешением электронной спектроскопии (ARPES), требует использования пучка экстремального ультрафиолетового света для освещения образца. Электроны на поверхности образца возбуждаются экстремальным ультрафиолетовым светом до непрерывного состояния, а кинетическая энергия и угол испускания фотоэлектронов содержат информацию о зонной структуре образца. Анализатор электронов с функцией углового разрешения принимает излучаемые фотоэлектроны и получает зонную структуру вблизи валентной зоны образца. В случае источника экстремального ультрафиолетового света с низкой частотой повторения, поскольку его одиночный импульс содержит большое количество фотонов, он возбуждает большое количество фотоэлектронов на поверхности образца за короткое время, а кулоновское взаимодействие приводит к значительному расширению распределения кинетической энергии фотоэлектронов, что называется эффектом пространственного заряда. Чтобы уменьшить влияние эффекта пространственного заряда, необходимо уменьшить количество фотоэлектронов, содержащихся в каждом импульсе, сохраняя при этом постоянный поток фотонов, поэтому необходимо управлять...лазерс высокой частотой повторения для создания источника экстремального ультрафиолетового света с высокой частотой повторения.
Технология резонансно-усиленной полости реализует генерацию гармоник высокого порядка с частотой повторения МГц.
Чтобы получить источник экстремального ультрафиолетового света с частотой повторения до 60 МГц, группа Джонса из Университета Британской Колумбии в Великобритании выполнила генерацию гармоник высокого порядка в фемтосекундном резонансном усиливающем резонаторе (fsEC) для получения практического источника экстремального ультрафиолетового света и применила его в экспериментах по временной угловой разрешенной электронной спектроскопии (Tr-ARPES). Источник света способен выдавать поток фотонов более 1011 чисел фотонов в секунду с одной гармоникой с частотой повторения 60 МГц в диапазоне энергий от 8 до 40 эВ. Они использовали систему волоконного лазера, легированного иттербием, в качестве затравочного источника для fsEC и управляли характеристиками импульса с помощью специализированной конструкции лазерной системы для минимизации шума смещения частоты огибающей несущей (fCEO) и поддержания хороших характеристик сжатия импульса на конце цепи усилителя. Для достижения стабильного усиления резонанса в fsEC они используют три контура сервоуправления для управления с обратной связью, что приводит к активной стабилизации при двух степенях свободы: время прохождения импульса туда и обратно в пределах fsEC совпадает с периодом лазерного импульса, а фазовый сдвиг несущей электрического поля относительно огибающей импульса (т. е. фаза огибающей несущей, ϕCEO).
Используя криптон в качестве рабочего газа, исследовательская группа добилась генерации высших гармоник в fsEC. Они провели измерения графита методом Tr-ARPES и наблюдали быструю термизацию и последующую медленную рекомбинацию нетермически возбужденных электронных популяций, а также динамику нетермически прямо возбужденных состояний вблизи уровня Ферми выше 0,6 эВ. Этот источник света представляет собой важный инструмент для изучения электронной структуры сложных материалов. Однако генерация высших гармоник в fsEC предъявляет очень высокие требования к отражательной способности, компенсации дисперсии, точной настройке длины резонатора и синхронизации, что существенно влияет на кратность усиления резонансно-усиленного резонатора. В то же время нелинейный фазовый отклик плазмы в фокальной точке резонатора также представляет собой сложную задачу. Поэтому в настоящее время этот тип источника света не стал основным источником излучения для экстремального ультрафиолета.источник света с высокой гармоникой.
Время публикации: 29 апреля 2024 г.