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 koherensi yang kuat, durasi pulsa yang pendek, dan energi foton yang tinggi, serta telah digunakan dalam berbagai studi spektral dan pencitraan. Dengan kemajuan teknologi, inisumber cahayaTeknologi ini 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 depan. 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 femtosekon dan attosekon, jumlah peristiwa yang diukur dalam satu berkas seringkali tidak mencukupi, sehingga sumber cahaya dengan 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 pada pencitraan mikroskopis selama waktu paparan yang terbatas. Melalui eksplorasi dan eksperimen berkelanjutan, para peneliti telah melakukan banyak peningkatan dalam optimasi hasil dan desain transmisi cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi tinggi. Teknologi analisis spektral canggih yang dikombinasikan dengan sumber cahaya ultraviolet ekstrem frekuensi tinggi telah digunakan untuk mencapai pengukuran presisi tinggi pada struktur material dan proses dinamis elektronik.
Aplikasi sumber cahaya ultraviolet ekstrem, seperti pengukuran spektroskopi elektron resolusi sudut (ARPES), memerlukan berkas cahaya ultraviolet ekstrem untuk menerangi sampel. Elektron di 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 dipancarkan 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 di permukaan sampel dalam waktu singkat, dan interaksi Coulomb akan menyebabkan pelebaran distribusi energi kinetik fotoelektron yang serius, 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 ekstrem dengan frekuensi pengulangan tinggi.
Teknologi rongga resonansi yang ditingkatkan mewujudkan pembangkitan harmonik orde tinggi pada frekuensi pengulangan MHz.
Untuk memperoleh sumber cahaya ultraviolet ekstrem dengan laju pengulangan hingga 60 MHz, tim Jones di Universitas British Columbia di Inggris melakukan pembangkitan harmonik orde tinggi dalam rongga peningkatan resonansi femtosekon (fsEC) untuk mencapai sumber cahaya ultraviolet ekstrem yang praktis dan menerapkannya pada eksperimen spektroskopi elektron resolusi sudut resolusi waktu (Tr-ARPES). Sumber cahaya ini mampu menghasilkan fluks foton lebih dari 10¹¹ foton per detik dengan harmonik tunggal pada laju pengulangan 60 MHz dalam rentang energi 8 hingga 40 eV. Mereka menggunakan sistem laser serat yang didoping iterbium sebagai sumber awal untuk fsEC, dan mengontrol karakteristik pulsa melalui desain sistem laser yang disesuaikan untuk meminimalkan noise frekuensi offset amplop pembawa (fCEO) dan mempertahankan karakteristik kompresi pulsa yang baik di ujung rantai penguat. Untuk mencapai peningkatan resonansi yang stabil di dalam fsEC, mereka menggunakan tiga loop kontrol servo untuk kontrol umpan balik, yang menghasilkan stabilisasi aktif pada dua derajat kebebasan: waktu tempuh bolak-balik siklus pulsa di dalam fsEC sesuai dengan periode pulsa laser, dan pergeseran fasa pembawa medan listrik terhadap amplop pulsa (yaitu, fasa amplop 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 selanjutnya dari populasi elektron yang tereksitasi secara non-termal, serta dinamika keadaan tereksitasi langsung non-termal di dekat tingkat 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 peningkatan kelipatan rongga yang ditingkatkan resonansi. Pada saat yang sama, respons fase nonlinier plasma pada titik fokus rongga juga merupakan tantangan. Oleh karena itu, saat ini, jenis sumber cahaya ini belum menjadi arus utama ultraviolet ekstrem.sumber cahaya harmonik tinggi.
Waktu posting: 29 April 2024