Kemajuan dalam sinar ultraviolet ekstremteknologi 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 yang pendek, dan energi foton yang tinggi, serta telah digunakan dalam berbagai studi spektral dan pencitraan. Dengan kemajuan teknologi, hal inisumber cahayaPerkembangan ini mengarah pada 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 membuka kemungkinan baru untuk tren pengembangan teknologi di masa mendatang. Oleh karena itu, studi dan pemahaman mendalam tentang sumber cahaya ultraviolet ekstrem 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 seringkali tidak mencukupi, sehingga sumber cahaya frekuensi rendah tidak memadai untuk memperoleh statistik yang andal. Di saat yang sama, sumber cahaya dengan fluks foton rendah akan mengurangi rasio sinyal terhadap derau (SNR) pada pencitraan mikroskopis selama waktu paparan yang terbatas. Melalui eksplorasi dan eksperimen yang berkelanjutan, para peneliti telah mencapai banyak peningkatan dalam optimasi hasil dan desain transmisi sinar ultraviolet ekstrem frekuensi pengulangan tinggi. Teknologi analisis spektral canggih yang dikombinasikan dengan sumber cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi pengulangan tinggi telah digunakan untuk mencapai pengukuran struktur material dan proses dinamika elektronik dengan presisi tinggi.
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 dengan 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 distribusi energi kinetik fotoelektron yang signifikan, 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 mendapatkan sumber cahaya ultraviolet ekstrem dengan laju pengulangan hingga 60 MHz, tim Jones di University of British Columbia di Inggris Raya melakukan pembangkitan harmonik orde tinggi dalam rongga peningkatan resonansi femtodetik (fsEC) untuk mencapai sumber cahaya ultraviolet ekstrem yang praktis dan menerapkannya pada eksperimen spektroskopi elektron beresolusi sudut beresolusi waktu (Tr-ARPES). Sumber cahaya ini mampu menghasilkan fluks foton lebih dari 1011 nomor foton per detik dengan harmonik tunggal pada laju 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 selubung 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 cocok dengan periode pulsa laser, dan pergeseran fase pembawa medan listrik berkenaan dengan selubung pulsa (yaitu, fase selubung pembawa, ϕCEO).
Dengan menggunakan gas kripton sebagai gas kerja, tim peneliti berhasil menghasilkan harmonik orde tinggi dalam fsEC. Mereka melakukan pengukuran Tr-ARPES pada grafit dan mengamati termiasi cepat dan rekombinasi lambat populasi elektron non-termal yang tereksitasi, serta dinamika keadaan non-termal langsung tereksitasi di dekat level Fermi di atas 0,6 eV. Sumber cahaya ini menyediakan alat penting untuk mempelajari struktur elektronik material 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 menjadi tantangan. Oleh karena itu, saat ini, sumber cahaya jenis ini belum menjadi sumber ultraviolet ekstrem yang umum.sumber cahaya harmonik tinggi.
Waktu posting: 29-Apr-2024