Avenços en l'ultraviolat extremtecnologia de font de llum
En els darrers anys, les fonts d'alts harmònics ultraviolats extrems han atret una àmplia atenció en el camp de la dinàmica d'electrons a causa de la seva forta coherència, la curta durada del pols i l'alta energia dels fotons, i s'han utilitzat en diversos estudis espectrals i d'imatge. Amb l'avanç de la tecnologia, aixòfont de llumestà desenvolupant cap a una freqüència de repetició més alta, un flux de fotons més alt, una energia de fotons més alta i una amplada de pols més curta. Aquest avenç no només optimitza la resolució de mesura de fonts de llum ultraviolada extrema, sinó que també ofereix noves possibilitats per a futures tendències de desenvolupament tecnològic. Per tant, l'estudi i la comprensió en profunditat de la font de llum ultraviolada extrema d'alta freqüència de repetició és de gran importància per dominar i aplicar tecnologia d'avantguarda.
Per a mesures d'espectroscòpia electrònica en escales de temps de femtosegons i attosegons, el nombre d'esdeveniments mesurats en un sol feix sovint és insuficient, cosa que fa que les fonts de llum de baixa freqüència siguin insuficients per obtenir estadístiques fiables. Al mateix temps, la font de llum amb un flux de fotons baix reduirà la relació senyal-soroll de les imatges microscòpiques durant el temps d'exposició limitat. A través d'exploració i experiments continus, els investigadors han fet moltes millores en l'optimització del rendiment i el disseny de transmissió de la llum ultraviolada extrema d'alta freqüència de repetició. La tecnologia avançada d'anàlisi espectral combinada amb la font de llum ultraviolada extrema d'alta freqüència de repetició s'ha utilitzat per aconseguir una mesura d'alta precisió de l'estructura del material i del procés dinàmic electrònic.
Les aplicacions de fonts de llum ultraviolada extrema, com ara les mesures d'espectroscòpia d'electrons amb resolució angular (ARPES), requereixen un feix de llum ultraviolada extrema per il·luminar la mostra. Els electrons de la superfície de la mostra s'exciten a l'estat continu per la llum ultraviolada extrema, i l'energia cinètica i l'angle d'emissió dels fotoelectrons contenen la informació de l'estructura de banda de la mostra. L'analitzador d'electrons amb funció de resolució d'angle rep els fotoelectrons radiats i obté l'estructura de banda a prop de la banda de valència de la mostra. Per a una font de llum ultraviolada extrema de baixa freqüència de repetició, com que el seu únic pols conté un gran nombre de fotons, excitarà un gran nombre de fotoelectrons a la superfície de la mostra en poc temps, i la interacció de Coulomb provocarà un eixamplament important de la distribució de l'energia cinètica dels fotoelectrons, que s'anomena efecte de càrrega espacial. Per reduir la influència de l'efecte de càrrega espacial, cal reduir els fotoelectrons continguts a cada pols mentre es manté el flux de fotons constant, per la qual cosa cal impulsar ellàseramb alta freqüència de repetició per produir la font de llum ultraviolada extrema amb alta freqüència de repetició.
La tecnologia de cavitat millorada per ressonància permet la generació d'harmònics d'ordre alt a la freqüència de repetició de MHz
Per tal d'obtenir una font de llum ultraviolada extrema amb una taxa de repetició de fins a 60 MHz, l'equip de Jones de la Universitat de la Columbia Britànica al Regne Unit va realitzar una generació d'harmònics d'alt ordre en una cavitat d'augment de ressonància de femtosegons (fsEC) per aconseguir una font de llum ultraviolada extrema pràctica i la va aplicar a experiments d'espectroscòpia electrònica angular resolta en el temps (Tr-ARPES). La font de llum és capaç de subministrar un flux de fotons de més de 1011 nombres de fotons per segon amb un sol harmònic a una taxa de repetició de 60 MHz en el rang d'energia de 8 a 40 eV. Van utilitzar un sistema làser de fibra dopat amb itterbi com a font inicial per a la fsEC i van controlar les característiques del pols mitjançant un disseny de sistema làser personalitzat per minimitzar el soroll de freqüència de desplaçament de l'envolupant de la portadora (fCEO) i mantenir bones característiques de compressió del pols al final de la cadena amplificadora. Per aconseguir una millora de la ressonància estable dins del fsEC, utilitzen tres bucles de servocontrol per al control de retroalimentació, cosa que resulta en una estabilització activa a dos graus de llibertat: el temps d'anada i tornada del cicle d'impulsos dins del fsEC coincideix amb el període de l'impuls làser i el desplaçament de fase de la portadora del camp elèctric respecte a l'envolupant de l'impuls (és a dir, la fase de l'envolupant de la portadora, ϕCEO).
Mitjançant l'ús de gas criptó com a gas de treball, l'equip de recerca va aconseguir la generació d'harmònics d'ordre superior en fsEC. Van realitzar mesures Tr-ARPES de grafit i van observar una termiació ràpida i la posterior recombinació lenta de poblacions d'electrons no excitats tèrmicament, així com la dinàmica dels estats no excitats directament tèrmicament prop del nivell de Fermi per sobre de 0,6 eV. Aquesta font de llum proporciona una eina important per estudiar l'estructura electrònica de materials complexos. Tanmateix, la generació d'harmònics d'ordre superior en fsEC té uns requisits molt elevats de reflectivitat, compensació de dispersió, ajust fi de la longitud de la cavitat i bloqueig de sincronització, cosa que afectarà en gran mesura el múltiple de realçament de la cavitat realçada per ressonància. Al mateix temps, la resposta de fase no lineal del plasma al punt focal de la cavitat també és un repte. Per tant, actualment, aquest tipus de font de llum no s'ha convertit en la font de llum ultraviolada extrema principal.font de llum d'alt harmònic.
Data de publicació: 29 d'abril de 2024