Напредък в екстремните ултравиолетови лъчитехнология на светлинния източник
През последните години, екстремните ултравиолетови източници с високи хармоници привлякоха широко внимание в областта на електронната динамика поради силната си кохерентност, кратката продължителност на импулса и високата енергия на фотоните и бяха използвани в различни спектрални и образни изследвания. С напредъка на технологиите, това...източник на светлинасе развива към по-висока честота на повторение, по-висок фотонен поток, по-висока енергия на фотоните и по-къса ширина на импулса. Този напредък не само оптимизира разделителната способност на измерване на източниците на екстремна ултравиолетова светлина, но и предоставя нови възможности за бъдещи тенденции в технологичното развитие. Следователно, задълбоченото изучаване и разбиране на източниците на екстремна ултравиолетова светлина с висока честота на повторение е от голямо значение за овладяването и прилагането на авангардни технологии.
За измервания с електронна спектроскопия във фемтосекундни и атосекундни времеви скали, броят на събитията, измерени в един лъч, често е недостатъчен, което прави нискочестотните светлинни източници недостатъчни за получаване на надеждна статистика. В същото време, светлинният източник с нисък фотонен поток ще намали съотношението сигнал/шум на микроскопското изображение по време на ограниченото време на експозиция. Чрез непрекъснати изследвания и експерименти, изследователите са направили много подобрения в оптимизацията на добива и дизайна на предаване на екстремна ултравиолетова светлина с висока честота на повторение. Усъвършенстваната технология за спектрален анализ, комбинирана с високочестотния източник на екстремна ултравиолетова светлина, е използвана за постигане на високо прецизно измерване на структурата на материала и електронните динамични процеси.
Приложенията на източници на екстремна ултравиолетова светлина, като например измервания с ъглово-разрешена електронна спектроскопия (ARPES), изискват лъч от екстремна ултравиолетова светлина за осветяване на пробата. Електроните на повърхността на пробата се възбуждат до непрекъснато състояние от екстремната ултравиолетова светлина, а кинетичната енергия и ъгълът на излъчване на фотоелектроните съдържат информация за лентовата структура на пробата. Електронният анализатор с функция за ъглова резолюция приема излъчените фотоелектрони и получава лентовата структура близо до валентната зона на пробата. При източник на екстремна ултравиолетова светлина с ниска честота на повторение, тъй като единичният му импулс съдържа голям брой фотони, той ще възбуди голям брой фотоелектрони върху повърхността на пробата за кратко време, а кулоновото взаимодействие ще доведе до сериозно разширяване на разпределението на кинетичната енергия на фотоелектроните, което се нарича ефект на пространствения заряд. За да се намали влиянието на ефекта на пространствения заряд, е необходимо да се намали броят на фотоелектроните, съдържащи се във всеки импулс, като същевременно се поддържа постоянен фотонен поток, така че е необходимо да се управлява...лазерс висока честота на повторение, за да се получи екстремен ултравиолетов източник на светлина с висока честота на повторение.
Технологията с подобрен резонансен резонатор реализира генерирането на хармоници от висок порядък при честота на повторение MHz
За да получат екстремен ултравиолетов източник на светлина с честота на повторение до 60 MHz, екипът на Джоунс от Университета на Британска Колумбия в Обединеното кралство извърши генериране на хармоници от висок порядък в резонатор с фемтосекундно резонансно усилване (fsEC), за да постигнат практичен екстремен ултравиолетов източник на светлина и го приложи към експерименти с времево-разрешена ъглово-разрешена електронна спектроскопия (Tr-ARPES). Светлинният източник е способен да доставя фотонен поток от над 1011 броя фотони в секунда с единична хармоника при честота на повторение от 60 MHz в енергийния диапазон от 8 до 40 eV. Те използваха лазерна система с влакна, легирана с итербий, като начален източник за fsEC и контролираха характеристиките на импулсите чрез персонализиран дизайн на лазерната система, за да минимизират шума от отместването на честотата на обвивката на носещата честота (fCEO) и да поддържат добри характеристики на компресия на импулсите в края на усилвателната верига. За да се постигне стабилно усилване на резонанса в рамките на fsEC, те използват три серво управляващи контура за обратна връзка, което води до активна стабилизация при две степени на свобода: времето за двупосочно преминаване на импулсния цикл в рамките на fsEC съвпада с периода на лазерния импулс, а фазовото изместване на носещия електрическо поле спрямо обвивката на импулса (т.е. фазата на обвивката на носещия, ϕCEO).
Чрез използване на криптонов газ като работен газ, изследователският екип постигна генерирането на хармоници от по-висок порядък в fsEC. Те извършиха Tr-ARPES измервания на графит и наблюдаваха бърза термизация и последваща бавна рекомбинация на нетермично възбудени електронни популации, както и динамиката на нетермично директно възбудени състояния близо до нивото на Ферми над 0.6 eV. Този източник на светлина предоставя важен инструмент за изучаване на електронната структура на сложни материали. Генерирането на хармоници от висок порядък в fsEC обаче има много високи изисквания за отражателна способност, компенсация на дисперсията, фино регулиране на дължината на кухината и синхронизационно заключване, което ще повлияе значително на кратното усилване на резонансно-усилената кухина. В същото време, нелинейният фазов отклик на плазмата във фокалната точка на кухината също е предизвикателство. Следователно, в момента този вид източник на светлина не се е превърнал в масовия източник на екстремни ултравиолетови лъчи.източник на светлина с висока хармония.
Време на публикуване: 29 април 2024 г.