Πρόοδοι στην ακραία υπεριώδη ακτινοβολίατεχνολογία πηγής φωτός
Τα τελευταία χρόνια, οι ακραίες υπεριώδεις πηγές υψηλών αρμονικών έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή στον τομέα της ηλεκτρονιακής δυναμικής λόγω της ισχυρής συνοχής τους, της μικρής διάρκειας παλμού και της υψηλής ενέργειας φωτονίων, και έχουν χρησιμοποιηθεί σε διάφορες φασματικές και απεικονιστικές μελέτες. Με την πρόοδο της τεχνολογίας, αυτό...πηγή φωτόςαναπτύσσεται προς υψηλότερη συχνότητα επανάληψης, υψηλότερη ροή φωτονίων, υψηλότερη ενέργεια φωτονίων και μικρότερο πλάτος παλμού. Αυτή η πρόοδος όχι μόνο βελτιστοποιεί την ανάλυση μέτρησης πηγών ακραίας υπεριώδους φωτός, αλλά παρέχει επίσης νέες δυνατότητες για μελλοντικές τάσεις τεχνολογικής ανάπτυξης. Επομένως, η εις βάθος μελέτη και κατανόηση της πηγής ακραίας υπεριώδους φωτός υψηλής συχνότητας επανάληψης έχει μεγάλη σημασία για την τελειοποίηση και την εφαρμογή τεχνολογίας αιχμής.
Για μετρήσεις φασματοσκοπίας ηλεκτρονίων σε χρονικές κλίμακες φεμτοδευτερολέπτων και αττοδευτερολέπτων, ο αριθμός των συμβάντων που μετρώνται σε μία μόνο δέσμη είναι συχνά ανεπαρκής, καθιστώντας τις πηγές φωτός χαμηλής ανασυχνότητας ανεπαρκείς για την απόκτηση αξιόπιστων στατιστικών. Ταυτόχρονα, η πηγή φωτός με χαμηλή ροή φωτονίων θα μειώσει τον λόγο σήματος προς θόρυβο της μικροσκοπικής απεικόνισης κατά τη διάρκεια του περιορισμένου χρόνου έκθεσης. Μέσω συνεχούς εξερεύνησης και πειραμάτων, οι ερευνητές έχουν κάνει πολλές βελτιώσεις στη βελτιστοποίηση απόδοσης και στο σχεδιασμό μετάδοσης ακραίου υπεριώδους φωτός υψηλής συχνότητας επανάληψης. Η προηγμένη τεχνολογία φασματικής ανάλυσης σε συνδυασμό με την πηγή ακραίου υπεριώδους φωτός υψηλής συχνότητας επανάληψης έχει χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη υψηλής ακρίβειας μέτρησης της δομής του υλικού και της ηλεκτρονικής δυναμικής διαδικασίας.
Οι εφαρμογές πηγών ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας, όπως οι μετρήσεις γωνιακής διαχωρισμένης φασματοσκοπίας ηλεκτρονίων (ARPES), απαιτούν μια δέσμη ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας για να φωτίσει το δείγμα. Τα ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του δείγματος διεγείρονται σε συνεχή κατάσταση από την ακραία υπεριώδη ακτινοβολία και η κινητική ενέργεια και η γωνία εκπομπής των φωτοηλεκτρονίων περιέχουν τις πληροφορίες δομής ζώνης του δείγματος. Ο αναλυτής ηλεκτρονίων με λειτουργία ανάλυσης γωνίας λαμβάνει τα ακτινοβολούμενα φωτοηλεκτρόνια και λαμβάνει τη δομή ζώνης κοντά στη ζώνη σθένους του δείγματος. Για πηγή ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας χαμηλής συχνότητας επανάληψης, επειδή ο μοναδικός παλμός της περιέχει μεγάλο αριθμό φωτονίων, θα διεγείρει μεγάλο αριθμό φωτοηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος σε σύντομο χρονικό διάστημα και η αλληλεπίδραση Coulomb θα επιφέρει μια σοβαρή διεύρυνση της κατανομής της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων, η οποία ονομάζεται φαινόμενο φορτίου χώρου. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση του φαινομένου φορτίου χώρου, είναι απαραίτητο να μειωθούν τα φωτοηλεκτρόνια που περιέχονται σε κάθε παλμό διατηρώντας παράλληλα τη σταθερή ροή φωτονίων, επομένως είναι απαραίτητο να οδηγηθεί τολέιζερμε υψηλή συχνότητα επανάληψης για την παραγωγή της ακραίας πηγής υπεριώδους φωτός με υψηλή συχνότητα επανάληψης.
Η τεχνολογία κοιλότητας ενισχυμένου συντονισμού πραγματοποιεί την παραγωγή αρμονικών υψηλής τάξης σε συχνότητα επανάληψης MHz
Προκειμένου να επιτευχθεί μια πηγή ακραίας υπεριώδους φωτός με ρυθμό επανάληψης έως και 60 MHz, η ομάδα Jones στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας στο Ηνωμένο Βασίλειο πραγματοποίησε παραγωγή αρμονικών υψηλής τάξης σε μια κοιλότητα ενίσχυσης συντονισμού femtosecond (fsEC) για να επιτύχει μια πρακτική πηγή ακραίας υπεριώδους φωτός και την εφάρμοσε σε πειράματα φασματοσκοπίας ηλεκτρονίων με γωνιακή ανάλυση χρόνου (Tr-ARPES). Η πηγή φωτός είναι ικανή να παρέχει ροή φωτονίων άνω των 1011 αριθμών φωτονίων ανά δευτερόλεπτο με μία μόνο αρμονική με ρυθμό επανάληψης 60 MHz στην ενεργειακή περιοχή 8 έως 40 eV. Χρησιμοποίησαν ένα σύστημα λέιζερ ινών με πρόσμιξη υττερβίου ως πηγή εκκίνησης για fsEC και έλεγξαν τα χαρακτηριστικά παλμών μέσω ενός προσαρμοσμένου σχεδιασμού συστήματος λέιζερ για την ελαχιστοποίηση του θορύβου συχνότητας μετατόπισης περιβλήματος φορέα (fCEO) και τη διατήρηση καλών χαρακτηριστικών συμπίεσης παλμών στο τέλος της αλυσίδας ενισχυτή. Για να επιτευχθεί σταθερή ενίσχυση συντονισμού εντός του fsEC, χρησιμοποιούν τρεις βρόχους σερβοελέγχου για έλεγχο ανάδρασης, με αποτέλεσμα την ενεργή σταθεροποίηση σε δύο βαθμούς ελευθερίας: ο χρόνος κυκλικής διαδρομής του κύκλου παλμού εντός του fsEC ταιριάζει με την περίοδο παλμού λέιζερ και η μετατόπιση φάσης του φορέα ηλεκτρικού πεδίου σε σχέση με την περιβάλλουσα του παλμού (δηλαδή, φάση περιβάλλουσας φορέα, ϕCEO).
Χρησιμοποιώντας αέριο κρυπτόν ως αέριο εργασίας, η ερευνητική ομάδα πέτυχε τη δημιουργία αρμονικών ανώτερης τάξης σε fsEC. Πραγματοποίησαν μετρήσεις Tr-ARPES γραφίτη και παρατήρησαν ταχεία θερμοποίηση και επακόλουθο αργό ανασυνδυασμό μη θερμικά διεγερμένων πληθυσμών ηλεκτρονίων, καθώς και τη δυναμική μη θερμικά άμεσα διεγερμένων καταστάσεων κοντά στο επίπεδο Fermi πάνω από 0,6 eV. Αυτή η πηγή φωτός παρέχει ένα σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη της ηλεκτρονικής δομής σύνθετων υλικών. Ωστόσο, η δημιουργία αρμονικών υψηλής τάξης σε fsEC έχει πολύ υψηλές απαιτήσεις για ανακλαστικότητα, αντιστάθμιση διασποράς, λεπτή ρύθμιση του μήκους της κοιλότητας και κλείδωμα συγχρονισμού, τα οποία θα επηρεάσουν σε μεγάλο βαθμό το πολλαπλάσιο ενίσχυσης της κοιλότητας με ενίσχυση συντονισμού. Ταυτόχρονα, η μη γραμμική απόκριση φάσης του πλάσματος στο εστιακό σημείο της κοιλότητας αποτελεί επίσης μια πρόκληση. Επομένως, προς το παρόν, αυτό το είδος πηγής φωτός δεν έχει γίνει η κύρια πηγή ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας.πηγή φωτός υψηλής αρμονίας.
Ώρα δημοσίευσης: 29 Απριλίου 2024