Достижения в области крайнего ультрафиолетатехнология источника света
В последние годы источники крайнего ультрафиолета с высокими гармониками привлекли широкое внимание в области динамики электронов из-за их высокой когерентности, короткой длительности импульса и высокой энергии фотонов и использовались в различных спектральных и визуализирующих исследованиях.С развитием технологий этоисточник светаразвивается в сторону более высокой частоты повторения, более высокого потока фотонов, более высокой энергии фотонов и более короткой ширины импульса.Это достижение не только оптимизирует разрешение измерений источников крайнего ультрафиолета, но и открывает новые возможности для будущих тенденций технологического развития.Таким образом, углубленное изучение и понимание источника крайнего ультрафиолетового света с высокой частотой повторения имеет большое значение для освоения и применения передовых технологий.
Для измерений электронной спектроскопии в фемтосекундном и аттосекундном масштабах времени 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 уменьшит соотношение сигнал/шум при микроскопическом изображении в течение ограниченного времени экспозиции.Благодаря непрерывным исследованиям и экспериментам исследователи добились множества улучшений в оптимизации выхода и конструкции передачи крайнего ультрафиолетового света с высокой частотой повторения.Передовая технология спектрального анализа в сочетании с источником крайнего ультрафиолетового света с высокой частотой повторения была использована для достижения высокоточного измерения структуры материала и электронных динамических процессов.
Применения источников крайнего ультрафиолетового света, такие как измерения электронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES), требуют, чтобы луч крайнего ультрафиолетового света освещал образец.Электроны на поверхности образца возбуждаются до непрерывного состояния под действием крайнего ультрафиолетового света, а кинетическая энергия и угол эмиссии фотоэлектронов содержат информацию о зонной структуре образца.Анализатор электронов с функцией углового разрешения принимает излученные фотоэлектроны и определяет зонную структуру вблизи валентной зоны образца.Для источника крайнего ультрафиолетового света с низкой частотой повторения, поскольку его одиночный импульс содержит большое количество фотонов, он за короткое время возбудит большое количество фотоэлектронов на поверхности образца, а кулоновское взаимодействие приведет к серьезному расширению распределения. кинетической энергии фотоэлектронов, которая 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 управлятьлазерс высокой частотой повторения для создания источника крайнего ультрафиолетового света с высокой частотой повторения.
Технология резонатора с улучшенным резонансом реализует генерацию гармоник высокого порядка с частотой повторения МГц.
Чтобы получить источник крайнего ультрафиолетового света с частотой повторения до 60 МГц, команда Джонса из Университета Британской Колумбии в Соединенном Королевстве осуществила генерацию гармоник высокого порядка в резонаторе усиления фемтосекундного резонанса (fsEC) для достижения практического результата. источник крайнего ультрафиолетового света и применил его в экспериментах по электронной спектроскопии с временным разрешением и угловым разрешением (Tr-ARPES).Источник света способен выдавать поток фотонов с числом более 1011 фотонов в секунду с одной гармоникой с частотой следования 60 МГц в диапазоне энергий от 8 до 40 эВ.Они использовали волоконную лазерную систему, легированную иттербием, в качестве источника затравки для fsEC и контролировали характеристики импульса с помощью индивидуальной конструкции лазерной системы, чтобы минимизировать шум смещения частоты несущей (fCEO) и поддерживать хорошие характеристики сжатия импульса на конце цепи усилителя.Чтобы добиться стабильного усиления резонанса в fsEC, они используют три контура сервоуправления для управления с обратной связью, что приводит к активной стабилизации с двумя степенями свободы: время прохождения импульса в пределах fsEC соответствует периоду лазерного импульса, а фазовый сдвиг несущей электрического поля относительно огибающей импульса (т. е. фазы огибающей несущей, φCEO).
Используя криптон в качестве рабочего газа, исследовательская группа добилась генерации гармоник высшего порядка в fsEC.Они выполнили измерения графита с помощью Tr-ARPES и наблюдали быструю термотермию и последующую медленную рекомбинацию нетермически возбужденных популяций электронов, 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 высокого порядка в fsEC предъявляет очень высокие требования к отражательной способности, компенсации дисперсии, точной регулировке длины резонатора и синхронизации, что сильно повлияет на кратность улучшения резонатора с резонансным усилением.В то же время нелинейный фазовый отклик плазмы в фокусе резонатора также представляет собой проблему.Таким образом, в настоящее время этот вид источника света не стал основным источником экстремального ультрафиолета.источник света с высокой гармоникой.
Время публикации: 29 апреля 2024 г.