Напредък в екстремната ултравиолетова светлинатехнология за източник на светлина
През последните години екстремните ултравиолетови високохармонични източници привлякоха широко внимание в областта на електронната динамика поради тяхната силна кохерентност, кратка продължителност на импулса и висока фотонна енергия и бяха използвани в различни спектрални и образни изследвания.С напредъка на технологиите товаизточник на светлинасе развива към по-висока честота на повторение, по-висок фотонен поток, по-висока фотонна енергия и по-къса ширина на импулса.Този напредък не само оптимизира разделителната способност на измерване на източници на екстремна ултравиолетова светлина, но също така предоставя нови възможности за бъдещи тенденции в технологичното развитие.Следователно, задълбоченото проучване и разбиране на източника на екстремна ултравиолетова светлина с висока честота на повторение е от голямо значение за овладяването и прилагането на най-съвременни технологии.
За електронни спектроскопски измервания на фемтосекундни и атосекундни времеви скали, броят на събитията, измерени в един лъч, често е недостатъчен, което прави източниците на светлина с ниска честота недостатъчни за получаване на надеждна статистика.В същото време източникът на светлина с нисък фотонен поток ще намали съотношението сигнал/шум на микроскопичните изображения по време на ограниченото време на експозиция.Чрез непрекъснато проучване и експерименти изследователите са направили много подобрения в оптимизирането на добива и дизайна на предаване на екстремна ултравиолетова светлина с висока честота на повторение.Усъвършенстваната технология за спектрален анализ, комбинирана с източник на ултравиолетова светлина с висока честота на повторение, е използвана за постигане на високо прецизно измерване на структурата на материала и електронния динамичен процес.
Приложенията на източници на екстремна ултравиолетова светлина, като измервания на електронна спектроскопия с ъглова резолюция (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 структурата на лентата на пробата.Електронният анализатор с функция за ъглова разделителна способност приема излъчените фотоелектрони и получава лентовата структура близо до валентната лента на пробата.За източник на екстремна ултравиолетова светлина с ниска честота на повторение, тъй като неговият единичен импулс съдържа голям брой фотони, той ще възбуди голям брой фотоелектрони върху повърхността на пробата за кратко време и взаимодействието на Кулон ще доведе до сериозно разширяване на разпределението кинетична енергия на фотоелектрона, което се нарича ефект на пространствения заряд.За да се намали влиянието на ефекта на пространствения заряд, е необходимо да се намалят фотоелектроните, съдържащи се във всеки импулс, като същевременно се поддържа постоянният фотонен поток, така че е необходимо да се управлявалазерс висока честота на повторение, за да произведе източник на екстремна ултравиолетова светлина с висока честота на повторение.
Технологията с подобрена резонансна кухина реализира генерирането на хармоници от висок порядък при честота на повторение в MHz
За да се получи екстремен източник на ултравиолетова светлина с честота на повторение до 60 MHz, екипът на Jones от Университета на Британска Колумбия в Обединеното кралство извърши генериране на хармоници от висок порядък в фемтосекундна резонансна усилваща кухина (fsEC), за да постигне практически източник на екстремна ултравиолетова светлина и го приложи към експерименти с ъглова електронна спектроскопия с разделителна способност във времето (Tr-ARPES).Светлинният източник е в състояние да достави фотонен поток от повече от 1011 броя фотони в секунда с единичен хармоник при честота на повторение от 60 MHz в енергийния диапазон от 8 до 40 eV.Те използваха оптична лазерна система с добавка на итербий като начален източник за fsEC и контролираха характеристиките на импулса чрез персонализиран дизайн на лазерна система, за да минимизират шума на честотата на отместване на носещата обвивка (fCEO) и да поддържат добри характеристики на компресия на импулса в края на веригата на усилвателя.За постигане на стабилно усилване на резонанса в рамките на fsEC, те използват три вериги за серво управление за контрол на обратната връзка, което води до активна стабилизация при две степени на свобода: времето за обиколка на цикъла на импулса в рамките на fsEC съответства на периода на лазерния импулс и фазовото изместване на носителя на електрическото поле по отношение на обвивката на импулса (т.е. фазата на обвивката на носителя, ϕCEO).
Използвайки газ криптон като работен газ, изследователският екип постигна генерирането на хармоници от по-висок порядък в fsEC.Те извършиха измервания на Tr-ARPES 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 осигурява важен инструмент за изучаване на електронната структура на сложни материали.Въпреки това, генерирането на хармоници от висок порядък в fsEC има много високи изисквания за отражателна способност, компенсация на дисперсията, фино регулиране на дължината на кухината и заключване на синхронизацията, което ще повлияе значително на кратното подобрение на резонансно-усилената кухина.В същото време нелинейният фазов отговор на плазмата във фокусната точка на кухината също е предизвикателство.Следователно, в момента този вид светлинен източник не се е превърнал в основния екстремен ултравиолетов лъчвисоко хармоничен източник на светлина.
Време на публикуване: 29 април 2024 г