Достижения в области экстремального ультрафиолетового излучениятехнология источников света
В последние годы источники высоких гармоник в крайнем ультрафиолетовом диапазоне привлекли широкое внимание в области электронной динамики благодаря своей сильной когерентности, короткой длительности импульса и высокой энергии фотонов, и используются в различных спектральных и визуализационных исследованиях. С развитием технологий этоисточник светаРазвитие технологий направлено на увеличение частоты повторения импульсов, потока фотонов, энергии фотонов и ширины импульса. Это достижение не только оптимизирует разрешение измерений источников экстремального ультрафиолетового излучения, но и открывает новые возможности для будущих технологических разработок. Поэтому углубленное изучение и понимание источников экстремального ультрафиолетового излучения с высокой частотой повторения импульсов имеет большое значение для освоения и применения передовых технологий.
Для измерений в электронной спектроскопии в фемтосекундном и аттосекундном масштабах времени количество событий, измеряемых в одном пучке, часто недостаточно, что делает источники света с низкой частотой повторения неэффективными для получения надежной статистики. В то же время источник света с низким потоком фотонов снижает отношение сигнал/шум микроскопического изображения в течение ограниченного времени экспозиции. Благодаря непрерывным исследованиям и экспериментам ученые добились многих улучшений в оптимизации выхода и конструкции пропускания высокочастотного ультрафиолетового излучения. Передовая технология спектрального анализа в сочетании с высокочастотным источником ультрафиолетового излучения позволила достичь высокоточной оценки структуры материалов и динамических процессов в электронике.
Применение источников экстремального ультрафиолетового излучения, таких как измерения угловой разрешенной электронной спектроскопии (ARPES), требует использования пучка экстремального ультрафиолетового излучения для освещения образца. Электроны на поверхности образца возбуждаются в непрерывное состояние под действием экстремального ультрафиолетового излучения, а кинетическая энергия и угол испускания фотоэлектронов содержат информацию о зонной структуре образца. Электронный анализатор с функцией углового разрешения принимает излучаемые фотоэлектроны и получает зонную структуру вблизи валентной зоны образца. Для источников экстремального ультрафиолетового излучения с низкой частотой повторения импульсов, поскольку их одиночный импульс содержит большое количество фотонов, он возбуждает большое количество фотоэлектронов на поверхности образца за короткое время, и кулоновское взаимодействие приводит к значительному расширению распределения кинетической энергии фотоэлектронов, что называется эффектом пространственного заряда. Для уменьшения влияния эффекта пространственного заряда необходимо уменьшить количество фотоэлектронов, содержащихся в каждом импульсе, при сохранении постоянного потока фотонов, поэтому необходимо обеспечить возбуждениелазерс высокой частотой повторения для получения источника экстремального ультрафиолетового излучения с высокой частотой повторения.
Технология резонаторного усиления позволяет генерировать гармоники высокого порядка на частоте повторения МГц.
Для получения источника экстремального ультрафиолетового излучения с частотой повторения до 60 МГц команда Джонса из Университета Британской Колумбии в Великобритании провела генерацию гармоник высокого порядка в резонаторе с фемтосекундным резонансным усилением (fsEC), чтобы создать практичный источник экстремального ультрафиолетового излучения, и применила его в экспериментах по времяразрешенной угловой разрешенной электронной спектроскопии (Tr-ARPES). Источник света способен генерировать поток фотонов более 10¹¹ фотонов в секунду с одной гармоникой при частоте повторения 60 МГц в энергетическом диапазоне от 8 до 40 эВ. В качестве источника затравки для fsEC они использовали волоконный лазер с легированием иттербием и контролировали характеристики импульса с помощью специально разработанной конструкции лазерной системы для минимизации шума смещения частоты несущей (fCEO) и поддержания хороших характеристик сжатия импульса в конце цепи усилителя. Для достижения стабильного усиления резонанса внутри fsEC используются три контура сервоуправления для обратной связи, что обеспечивает активную стабилизацию по двум степеням свободы: время прохождения импульса внутри fsEC соответствует периоду 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 гармоник более высокого порядка в фемтосекундном электромагнитном поле (фсЭП). Они провели измерения Tr-ARPES графита и наблюдали быструю термодинамику и последующую медленную рекомбинацию нетеплово возбужденных электронных популяций, а также динамику нетеплово непосредственно возбужденных состояний вблизи уровня Ферми выше 0,6 эВ. Этот источник света представляет собой важный инструмент для изучения электронной структуры сложных материалов. Однако генерация гармоник высокого порядка в фсЭП предъявляет очень высокие требования к отражательной способности, компенсации дисперсии, точной настройке длины резонатора и синхронизации, что значительно повлияет на коэффициент усиления резонансно-усиленного резонатора. В то же время нелинейный фазовый отклик плазмы в фокусе резонатора также представляет собой проблему. Поэтому в настоящее время этот тип источников света не стал основным методом экстремального ультрафиолетового излучения.источник света высоких гармоник.
Дата публикации: 29 апреля 2024 г.