Ekstrēmas ultravioletās gaismas avotu tehnoloģijas sasniegumi

Attīstās ekstremālā ultravioletā starojumāgaismas avotu tehnoloģija

Pēdējos gados ārkārtīgi ultravioletie augstas harmonikas avoti ir piesaistījuši plašu uzmanību elektronu dinamikas jomā to spēcīgās koherences, īsā impulsa ilguma un augstās fotonu enerģijas dēļ, un tie ir izmantoti dažādos spektrālos un attēlveidošanas pētījumos. Līdz ar tehnoloģiju attīstību, šisgaismas avotsattīstās uz augstāku atkārtošanās frekvenci, lielāku fotonu plūsmu, augstāku fotonu enerģiju un īsāku impulsa platumu. Šis sasniegums ne tikai optimizē ekstremālo ultravioleto gaismas avotu mērījumu izšķirtspēju, bet arī sniedz jaunas iespējas nākotnes tehnoloģiju attīstības tendencēm. Tāpēc padziļinātai izpētei un izpratnei par augstas atkārtošanās frekvences ekstrēmo ultravioleto gaismas avotu ir liela nozīme progresīvāko tehnoloģiju apgūšanā un pielietošanā.

Elektronu spektroskopijas mērījumiem femtosekundes un attosekundes laika skalās vienā starā izmērīto notikumu skaits bieži vien ir nepietiekams, tāpēc zemas frekvences gaismas avoti nav pietiekami, lai iegūtu ticamu statistiku. Tajā pašā laikā gaismas avots ar zemu fotonu plūsmu samazinās mikroskopiskās attēlveidošanas signāla un trokšņa attiecību ierobežotā ekspozīcijas laikā. Nepārtraukti pētot un veicot eksperimentus, pētnieki ir veikuši daudzus uzlabojumus augstas atkārtošanās frekvences ekstremālās ultravioletās gaismas ražas optimizācijā un pārraides dizainā. Lai sasniegtu materiāla struktūras un elektroniskā dinamiskā procesa augstas precizitātes mērījumus, ir izmantota uzlabotā spektrālās analīzes tehnoloģija, kas apvienota ar augstas atkārtošanās frekvences ekstrēmo ultravioletās gaismas avotu.

Ekstrēmās ultravioletās gaismas avotu izmantošanai, piemēram, leņķiskās izšķirtspējas elektronu spektroskopijas (ARPES) mērījumiem, parauga apgaismošanai ir nepieciešams ārkārtējas ultravioletās gaismas stars. Parauga virsmas elektroni tiek ierosināti nepārtrauktā stāvoklī ar ekstremālo ultravioleto gaismu, un fotoelektronu kinētiskā enerģija un emisijas leņķis satur informāciju par parauga joslas struktūru. Elektronu analizators ar leņķa izšķirtspējas funkciju uztver izstarotos fotoelektronus un iegūst joslas struktūru parauga valences joslas tuvumā. Zemas atkārtošanās frekvences ekstrēmas ultravioletās gaismas avotam, jo ​​tā viens impulss satur lielu skaitu fotonu, tas īsā laikā ierosinās lielu skaitu fotoelektronu uz parauga virsmas, un Kulona mijiedarbība radīs nopietnu sadalījuma paplašināšanos. fotoelektronu kinētiskās enerģijas, ko sauc par kosmosa lādiņa efektu. Lai samazinātu kosmosa lādiņa efekta ietekmi, ir nepieciešams samazināt katrā impulsā esošos fotoelektronus, vienlaikus saglabājot nemainīgu fotonu plūsmu, tāpēc ir nepieciešams vadītlāzersar augstu atkārtošanās frekvenci, lai radītu ekstremālu ultravioletās gaismas avotu ar augstu atkārtošanās frekvenci.

Rezonanses uzlabotā dobuma tehnoloģija realizē augstas pakāpes harmoniku ģenerēšanu MHz atkārtošanās frekvencē
Lai iegūtu ekstrēmu ultravioletās gaismas avotu ar atkārtošanās frekvenci līdz 60 MHz, Džounsa komanda Britu Kolumbijas Universitātē Apvienotajā Karalistē veica augstas pakāpes harmoniku ģenerēšanu femtosekundes rezonanses uzlabošanas dobumā (fsEC), lai panāktu praktisku rezultātu. ekstrēms ultravioletās gaismas avots un izmantoja to laika izšķirtspējas leņķiskās izšķirtspējas elektronu spektroskopijas (Tr-ARPES) eksperimentos. Gaismas avots spēj nodrošināt fotonu plūsmu vairāk nekā 1011 fotonu skaitu sekundē ar vienu harmoniku ar atkārtošanās ātrumu 60 MHz enerģijas diapazonā no 8 līdz 40 eV. Viņi izmantoja ar iterbija leģētu šķiedru lāzeru sistēmu kā fsEC sākuma avotu un kontrolēja impulsa raksturlielumus, izmantojot pielāgotu lāzera sistēmas dizainu, lai samazinātu nesēja aploksnes nobīdes frekvences (fCEO) troksni un uzturētu labus impulsa kompresijas raksturlielumus pastiprinātāja ķēdes beigās. Lai panāktu stabilu rezonanses uzlabošanos fsEC ietvaros, tie izmanto trīs servo vadības cilpas atgriezeniskās saites kontrolei, kā rezultātā tiek nodrošināta aktīva stabilizācija pie divām brīvības pakāpēm: impulsa cikla laiks fsEC ietvaros atbilst lāzera impulsa periodam un fāzes nobīde. elektriskā lauka nesēja attiecībā pret impulsa apvalku (ti, nesēja apvalka fāze, ϕCEO).

Izmantojot kriptona gāzi kā darba gāzi, pētnieku grupa panāca augstākas kārtas harmoniku ģenerēšanu fsEC. Viņi veica grafīta Tr-ARPES mērījumus un novēroja ātru termiāciju un tai sekojošu lēnu netermiski ierosinātu elektronu populāciju rekombināciju, kā arī netermiski tieši ierosināto stāvokļu dinamiku pie Fermi līmeņa virs 0,6 eV. Šis gaismas avots ir svarīgs instruments sarežģītu materiālu elektroniskās struktūras pētīšanai. Tomēr augstas pakāpes harmoniku ģenerēšanai fsEC ir ļoti augstas prasības attiecībā uz atstarošanos, dispersijas kompensāciju, dobuma garuma precīzu pielāgošanu un sinhronizācijas bloķēšanu, kas lielā mērā ietekmēs ar rezonansi uzlabotā dobuma uzlabošanas daudzveidību. Tajā pašā laikā izaicinājums ir arī plazmas nelineārā fāzes reakcija dobuma fokusa punktā. Tāpēc pašlaik šāda veida gaismas avots nav kļuvis par galveno ekstrēmo ultravioleto staru avotuaugstas harmonikas gaismas avots.