Kemajuan dalam sinar ultraviolet ekstrimteknologi sumber cahaya
Dalam beberapa tahun terakhir, sumber harmonisa tinggi ultraviolet ekstrim telah menarik perhatian luas di bidang dinamika elektron karena koherensinya yang kuat, durasi pulsa yang pendek dan energi foton yang tinggi, dan telah digunakan dalam berbagai studi spektral dan pencitraan. Dengan kemajuan teknologi, hal inisumber cahayaberkembang 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 ekstrim, namun juga memberikan kemungkinan baru untuk tren perkembangan teknologi di masa depan. Oleh karena itu, studi mendalam dan pemahaman tentang sumber cahaya ultraviolet ekstrim dengan 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 signal-to-noise pada pencitraan mikroskopis selama waktu pemaparan terbatas. Melalui eksplorasi dan eksperimen yang berkelanjutan, para peneliti telah melakukan banyak perbaikan dalam optimalisasi hasil dan desain transmisi sinar ultraviolet ekstrim dengan frekuensi pengulangan tinggi. Teknologi analisis spektral canggih yang dikombinasikan dengan sumber cahaya ultraviolet ekstrim frekuensi pengulangan tinggi telah digunakan untuk mencapai pengukuran struktur material dan proses dinamis elektronik dengan presisi tinggi.
Penerapan sumber cahaya ultraviolet ekstrim, seperti pengukuran spektroskopi elektron terselesaikan sudut (ARPES), memerlukan pancaran sinar ultraviolet ekstrim untuk menerangi sampel. Elektron pada permukaan sampel tereksitasi ke keadaan kontinu oleh sinar ultraviolet ekstrim, dan energi kinetik serta sudut emisi fotoelektron berisi 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 ekstrim frekuensi pengulangan rendah, karena pulsa tunggalnya mengandung sejumlah besar foton, ia akan merangsang sejumlah besar fotoelektron pada permukaan sampel dalam waktu singkat, dan interaksi Coulomb akan menyebabkan perluasan distribusi yang serius. energi kinetik fotoelektron, yang disebut efek muatan ruang. Untuk mengurangi pengaruh efek muatan ruang, maka perlu dilakukan reduksi fotoelektron yang terdapat pada setiap pulsa dengan tetap menjaga fluks foton tetap konstan, sehingga perlu dilakukan penggerakan.laserdengan frekuensi pengulangan yang tinggi untuk menghasilkan sumber cahaya ultraviolet ekstrim dengan frekuensi pengulangan yang tinggi.
Teknologi rongga yang ditingkatkan resonansi mewujudkan pembangkitan harmonik tingkat tinggi pada frekuensi pengulangan MHz
Untuk mendapatkan sumber cahaya ultraviolet ekstrim dengan tingkat pengulangan hingga 60 MHz, tim Jones di Universitas British Columbia di Inggris melakukan pembangkitan harmonik tingkat tinggi dalam rongga peningkatan resonansi femtosecond (fsEC) untuk mencapai hasil yang praktis. sumber cahaya ultraviolet ekstrim dan menerapkannya pada eksperimen spektroskopi elektron penyelesaian sudut (Tr-ARPES) yang diselesaikan dengan waktu. Sumber cahaya tersebut mampu menghantarkan fluks foton lebih dari 1011 bilangan foton per detik dengan harmonik tunggal pada laju pengulangan 60 MHz pada rentang energi 8 hingga 40 eV. Mereka menggunakan sistem laser serat yang didoping ytterbium sebagai sumber benih untuk fsEC, dan mengontrol karakteristik pulsa melalui desain sistem laser yang disesuaikan untuk meminimalkan kebisingan frekuensi offset selubung pembawa (fCEO) dan mempertahankan karakteristik kompresi pulsa yang baik di akhir rantai amplifier. Untuk mencapai peningkatan resonansi yang stabil dalam fsEC, mereka menggunakan tiga loop kontrol servo untuk kontrol umpan balik, sehingga menghasilkan stabilisasi aktif pada dua derajat kebebasan: waktu bolak-balik perputaran pulsa dalam fsEC sesuai dengan periode pulsa laser, dan pergeseran fasa pembawa medan listrik terhadap selubung pulsa (yaitu fase selubung pembawa, ϕCEO).
Dengan menggunakan gas kripton sebagai gas kerja, tim peneliti mencapai pembangkitan harmonik tingkat tinggi di fsEC. Mereka melakukan pengukuran grafit Tr-ARPES dan mengamati termiasi cepat dan rekombinasi lambat berikutnya dari populasi elektron yang tidak tereksitasi secara termal, serta dinamika keadaan tereksitasi non-termal langsung di dekat tingkat Fermi di atas 0,6 eV. Sumber cahaya ini menyediakan alat penting untuk mempelajari struktur elektronik material kompleks. Namun, pembangkitan harmonik tingkat tinggi di fsEC memiliki persyaratan yang sangat tinggi untuk reflektifitas, kompensasi dispersi, penyesuaian panjang rongga yang baik, dan penguncian sinkronisasi, yang akan sangat mempengaruhi kelipatan peningkatan rongga yang ditingkatkan resonansi. Pada saat yang sama, respon fase nonlinier plasma pada titik fokus rongga juga merupakan suatu tantangan. Oleh karena itu, saat ini, sumber cahaya semacam ini belum menjadi sumber sinar ultraviolet ekstrim yang umumsumber cahaya harmonis tinggi.
Waktu posting: 29 April-2024