Kemajuan dalam sinar ultraviolet ekstrimteknologi sumber cahaya
Dalam beberapa tahun terakhir, sumber harmonik tinggi ultraviolet ekstrem telah menarik perhatian luas di bidang dinamika elektron karena koherensinya yang kuat, durasi pulsa pendek, dan energi foton yang tinggi, dan telah digunakan dalam berbagai studi spektral dan pencitraan. Dengan kemajuan teknologi, inisumber cahayasedang berkembang menuju frekuensi pengulangan yang lebih tinggi, fluks foton yang lebih tinggi, energi foton yang lebih tinggi, dan lebar pulsa yang lebih pendek. Kemajuan ini tidak hanya mengoptimalkan resolusi pengukuran sumber cahaya ultraviolet ekstrem, tetapi juga memberikan kemungkinan baru untuk tren pengembangan teknologi di masa mendatang. Oleh karena itu, studi dan pemahaman mendalam tentang sumber cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi pengulangan tinggi sangat penting untuk menguasai dan menerapkan teknologi mutakhir.
Untuk pengukuran spektroskopi elektron pada skala waktu femtodetik dan attodetik, jumlah kejadian yang diukur dalam satu berkas sering kali tidak mencukupi, sehingga sumber cahaya frekuensi rendah tidak cukup untuk memperoleh statistik yang andal. Pada saat yang sama, sumber cahaya dengan fluks foton rendah akan mengurangi rasio sinyal terhadap derau pencitraan mikroskopis selama waktu paparan terbatas. Melalui eksplorasi dan eksperimen berkelanjutan, para peneliti telah membuat banyak perbaikan dalam pengoptimalan hasil dan desain transmisi cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi pengulangan tinggi. Teknologi analisis spektral canggih yang dikombinasikan dengan sumber cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi pengulangan tinggi telah digunakan untuk mencapai pengukuran presisi tinggi dari struktur material dan proses dinamis elektronik.
Aplikasi sumber cahaya ultraviolet ekstrem, seperti pengukuran spektroskopi elektron terurai sudut (ARPES), memerlukan seberkas cahaya ultraviolet ekstrem untuk menerangi sampel. Elektron pada permukaan sampel tereksitasi ke keadaan kontinu oleh cahaya ultraviolet ekstrem, dan energi kinetik serta sudut emisi fotoelektron mengandung informasi struktur pita sampel. Penganalisis elektron dengan fungsi resolusi sudut menerima fotoelektron yang terpancar dan memperoleh struktur pita di dekat pita valensi sampel. Untuk sumber cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi pengulangan rendah, karena pulsa tunggalnya mengandung sejumlah besar foton, ia akan mengeksitasi sejumlah besar fotoelektron pada permukaan sampel dalam waktu singkat, dan interaksi Coulomb akan menyebabkan pelebaran serius distribusi energi kinetik fotoelektron, yang disebut efek muatan ruang. Untuk mengurangi pengaruh efek muatan ruang, perlu untuk mengurangi fotoelektron yang terkandung dalam setiap pulsa sambil mempertahankan fluks foton yang konstan, sehingga perlu untuk menggerakkanlaserdengan frekuensi pengulangan tinggi untuk menghasilkan sumber cahaya ultraviolet ekstrim dengan frekuensi pengulangan tinggi.
Teknologi rongga yang ditingkatkan resonansi mewujudkan pembangkitan harmonik orde tinggi pada frekuensi pengulangan MHz
Untuk memperoleh sumber cahaya ultraviolet ekstrem dengan tingkat pengulangan hingga 60 MHz, tim Jones di University of British Columbia di Inggris melakukan pembangkitan harmonik orde tinggi dalam rongga peningkatan resonansi femtodetik (fsEC) untuk memperoleh sumber cahaya ultraviolet ekstrem yang praktis dan menerapkannya pada eksperimen spektroskopi elektron sudut beresolusi waktu (Tr-ARPES). Sumber cahaya tersebut mampu menghasilkan fluks foton lebih dari 1011 nomor foton per detik dengan harmonik tunggal pada tingkat pengulangan 60 MHz dalam rentang energi 8 hingga 40 eV. Mereka menggunakan sistem laser serat terdoping iterbium sebagai sumber benih untuk fsEC, dan mengendalikan karakteristik pulsa melalui desain sistem laser yang disesuaikan untuk meminimalkan derau frekuensi offset amplop pembawa (fCEO) dan mempertahankan karakteristik kompresi pulsa yang baik di ujung rantai penguat. Untuk mencapai peningkatan resonansi yang stabil dalam fsEC, mereka menggunakan tiga loop kontrol servo untuk kontrol umpan balik, yang menghasilkan stabilisasi aktif pada dua derajat kebebasan: waktu perjalanan pulang pergi dari siklus pulsa dalam fsEC sesuai dengan periode pulsa laser, dan pergeseran fase pembawa medan listrik sehubungan dengan selubung pulsa (yaitu, fase selubung pembawa, ϕCEO).
Dengan menggunakan gas kripton sebagai gas kerja, tim peneliti mencapai pembangkitan harmonik orde tinggi dalam fsEC. Mereka melakukan pengukuran Tr-ARPES pada grafit dan mengamati termiasi cepat dan rekombinasi lambat berikutnya dari populasi elektron yang tidak tereksitasi secara termal, serta dinamika keadaan yang tidak tereksitasi secara langsung secara termal di dekat level Fermi di atas 0,6 eV. Sumber cahaya ini menyediakan alat penting untuk mempelajari struktur elektronik bahan kompleks. Namun, pembangkitan harmonik orde tinggi dalam fsEC memiliki persyaratan yang sangat tinggi untuk reflektivitas, kompensasi dispersi, penyesuaian halus panjang rongga dan penguncian sinkronisasi, yang akan sangat memengaruhi kelipatan peningkatan rongga yang ditingkatkan resonansinya. Pada saat yang sama, respons fase nonlinier plasma pada titik fokus rongga juga merupakan tantangan. Oleh karena itu, saat ini, sumber cahaya semacam ini belum menjadi ultraviolet ekstrem arus utama.sumber cahaya harmonik tinggi.
Waktu posting: 29-Apr-2024