Avances na tecnoloxía de fonte de luz ultravioleta extrema

Avances no ultravioleta extremotecnoloxía da fonte de luz

Nos últimos anos, as fontes ultravioleta extrema de harmónicos altos atraeron unha gran atención no campo da dinámica electrónica debido á súa forte coherencia, a súa curta duración de pulso e a súa elevada enerxía fotón, e foron utilizadas en diversos estudos espectrais e de imaxe. Co avance da tecnoloxía, istofonte de luzdesenvólvese cara a unha frecuencia de repetición máis alta, un maior fluxo de fotóns, unha maior enerxía de fotóns e un pulso máis curto. Este avance non só optimiza a resolución de medición das fontes de luz ultravioleta extrema, senón que tamén proporciona novas posibilidades para as futuras tendencias de desenvolvemento tecnolóxico. Polo tanto, o estudo e a comprensión en profundidade da fonte de luz ultravioleta extrema de frecuencia de alta repetición é de gran importancia para dominar e aplicar tecnoloxía de punta.

Para as medicións de espectroscopia electrónica en escalas de tempo de femtosegundo e atosegundo, o número de eventos medidos nun único feixe adoita ser insuficiente, o que fai que as fontes de luz de baixa frecuencia sexan insuficientes para obter estatísticas fiables. Ao mesmo tempo, a fonte de luz con baixo fluxo de fotóns reducirá a relación sinal-ruído das imaxes microscópicas durante o tempo de exposición limitado. A través da exploración e experimentos continuos, os investigadores realizaron moitas melloras na optimización do rendemento e no deseño de transmisión da luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición. A tecnoloxía de análise espectral avanzada, combinada coa fonte de luz ultravioleta extrema de frecuencia de alta repetición, utilizouse para acadar a medición de alta precisión da estrutura do material e do proceso dinámico electrónico.

As aplicacións de fontes de luz ultravioleta extrema, como as medicións de espectroscopia electrónica de resolución angular (ARPES), requiren un feixe de luz ultravioleta extrema para iluminar a mostra. Os electróns da superficie da mostra son excitados ao estado continuo pola luz ultravioleta extrema, e a enerxía cinética e o ángulo de emisión dos fotoelectróns conteñen a información da estrutura de banda da mostra. O analizador de electróns con función de resolución de ángulo recibe os fotoelectróns radiados e obtén a estrutura de bandas preto da banda de valencia da mostra. Para a fonte de luz ultravioleta extrema de frecuencia de repetición baixa, porque o seu único pulso contén un gran número de fotóns, excitará un gran número de fotoelectróns na superficie da mostra en pouco tempo e a interacción de Coulomb provocará unha ampliación grave da distribución. de enerxía cinética fotoelectrónica, que se denomina efecto de carga espacial. Para reducir a influencia do efecto de carga espacial, é necesario reducir os fotoelectróns contidos en cada pulso mantendo o fluxo de fotóns constante, polo que é necesario impulsar olásercon alta frecuencia de repetición para producir a fonte de luz ultravioleta extrema con alta frecuencia de repetición.

A tecnoloxía de cavidade mellorada por resonancia dá conta da xeración de harmónicos de alta orde na frecuencia de repetición de MHz
Co fin de obter unha fonte de luz ultravioleta extrema cunha taxa de repetición de ata 60 MHz, o equipo de Jones da Universidade de Columbia Británica no Reino Unido realizou a xeración de harmónicos de alto orde nunha cavidade de mellora de resonancia de femtosegundo (fsEC) para conseguir un resultado práctico. fonte de luz ultravioleta extrema e aplicouna a experimentos de espectroscopia electrónica de resolución angular resolta no tempo (Tr-ARPES). A fonte de luz é capaz de entregar un fluxo de fotóns de máis de 1011 números de fotóns por segundo cun único harmónico a unha taxa de repetición de 60 MHz no rango de enerxía de 8 a 40 eV. Usaron un sistema láser de fibra dopada con iterbio como fonte de semente para fsEC e controlaron as características do pulso mediante un deseño personalizado do sistema láser para minimizar o ruído da frecuencia de compensación da envolvente do portador (fCEO) e manter unhas boas características de compresión do pulso ao final da cadea do amplificador. Para conseguir unha mellora da resonancia estable dentro do fsEC, usan tres bucles de servocontrol para o control de retroalimentación, o que resulta nunha estabilización activa a dous graos de liberdade: o tempo de ida e volta do ciclo do pulso dentro do fsEC coincide co período do pulso do láser e o cambio de fase. do portador do campo eléctrico con respecto á envolvente do pulso (é dicir, fase da envolvente do portador, ϕCEO).

Ao usar o gas criptón como gas de traballo, o equipo de investigación logrou a xeración de harmónicos de orde superior en fsEC. Realizaron medicións Tr-ARPES de grafito e observaron a termiación rápida e a posterior recombinación lenta de poboacións de electróns non excitados térmicamente, así como a dinámica de estados excitados directamente non térmicamente preto do nivel de Fermi por riba de 0,6 eV. Esta fonte de luz proporciona unha ferramenta importante para estudar a estrutura electrónica de materiais complexos. Non obstante, a xeración de harmónicos de alta orde en fsEC ten requisitos moi altos de reflectividade, compensación de dispersión, axuste fino da lonxitude da cavidade e bloqueo de sincronización, o que afectará moito ao múltiplo de mellora da cavidade mellorada pola resonancia. Ao mesmo tempo, a resposta de fase non lineal do plasma no punto focal da cavidade tamén é un desafío. Polo tanto, na actualidade, este tipo de fonte de luz non se converteu no ultravioleta extremo principalfonte de luz de alta armónica.