Достижения в области экстремального ультрафиолетатехнология источника света
В последние годы источники высоких гармоник экстремального ультрафиолета привлекли широкое внимание в области электронной динамики из-за их сильной когерентности, короткой длительности импульса и высокой энергии фотонов, и использовались в различных спектральных и визуальных исследованиях. С развитием технологий этотисточник светаразвивается в направлении более высокой частоты повторения, более высокого потока фотонов, более высокой энергии фотонов и более короткой длительности импульса. Это достижение не только оптимизирует разрешение измерения источников экстремального ультрафиолетового света, но и предоставляет новые возможности для будущих тенденций технологического развития. Поэтому глубокое изучение и понимание источника экстремального ультрафиолетового света с высокой частотой повторения имеет большое значение для освоения и применения передовых технологий.
Для измерений электронной спектроскопии на фемтосекундных и аттосекундных временных масштабах количество событий, измеренных в одном луче, часто недостаточно, что делает источники света с низкой частотой повторения недостаточными для получения надежной статистики. В то же время источник света с низким потоком фотонов снизит отношение сигнал/шум микроскопического изображения в течение ограниченного времени экспозиции. Благодаря постоянным исследованиям и экспериментам исследователи внесли множество улучшений в оптимизацию выхода и конструкцию передачи экстремального ультрафиолетового света с высокой частотой повторения. Передовая технология спектрального анализа в сочетании с источником экстремального ультрафиолетового света с высокой частотой повторения использовалась для достижения высокоточного измерения структуры материала и электронного динамического процесса.
Приложения источников экстремального ультрафиолетового света, такие как измерения угловой разрешенной электронной спектроскопии (ARPES), требуют луча экстремального ультрафиолетового света для освещения образца. Электроны на поверхности образца возбуждаются до непрерывного состояния экстремальным ультрафиолетовым светом, а кинетическая энергия и угол испускания фотоэлектронов содержат информацию о зонной структуре образца. Анализатор электронов с функцией разрешения по углу принимает излучаемые фотоэлектроны и получает зонную структуру вблизи валентной зоны образца. Для источника экстремального ультрафиолетового света с низкой частотой повторения, поскольку его одиночный импульс содержит большое количество фотонов, он возбудит большое количество фотоэлектронов на поверхности образца за короткое время, и кулоновское взаимодействие приведет к серьезному расширению распределения кинетической энергии фотоэлектронов, что называется эффектом пространственного заряда. Чтобы уменьшить влияние эффекта пространственного заряда, необходимо уменьшить фотоэлектроны, содержащиеся в каждом импульсе, сохраняя при этом постоянный поток фотонов, поэтому необходимо управлятьлазерс 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, команда Джонса из Университета Британской Колумбии в Соединенном Королевстве выполнила генерацию гармоник высокого порядка в фемтосекундном резонансном усиливающем резонаторе (fsEC) для получения практического источника экстремального ультрафиолетового света и применила его в экспериментах по электронной спектроскопии с угловым разрешением во времени (Tr-ARPES). Источник света способен выдавать поток фотонов более 1011 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 источника затравки для fsEC и контролировали характеристики импульса с помощью индивидуальной 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 fsEC совпадает с периодом лазерного импульса, а фазовый сдвиг несущей электрического поля относительно огибающей импульса (т. е. фазы огибающей несущей, ϕCEO).
Используя криптоновый газ в качестве рабочего газа, исследовательская группа достигла генерации гармоник высшего порядка в fsEC. Они провели измерения Tr-ARPES графита и наблюдали быструю термизацию и последующую медленную рекомбинацию нетермически возбужденных электронных популяций, а также динамику нетермически непосредственно возбужденных состояний вблизи уровня Ферми выше 0,6 эВ. Этот источник света является важным инструментом для изучения электронной структуры сложных материалов. Однако генерация гармоник высшего порядка в fsEC предъявляет очень высокие требования к отражательной способности, компенсации дисперсии, тонкой настройке длины полости и синхронизации, что в значительной степени повлияет на кратность усиления резонансно-усиленной полости. В то же время нелинейный фазовый отклик плазмы в фокальной точке полости также является проблемой. Поэтому в настоящее время этот вид источника света не стал основным источником экстремального ультрафиолетаисточник света с высокой гармоникой.
Время публикации: 29-апр.-2024