Pažanga ekstremalių ultravioletinių spindulių srityješviesos šaltinio technologija
Pastaraisiais metais ekstremalūs ultravioletinių aukštų harmonikų šaltiniai sulaukė didelio dėmesio elektronų dinamikos srityje dėl savo stiprios koherencijos, trumpos impulso trukmės ir didelės fotonų energijos ir buvo naudojami įvairiuose spektriniuose ir vaizdavimo tyrimuose. Tobulėjant technologijoms, tai...šviesos šaltinisvystosi link didesnio pasikartojimo dažnio, didesnio fotonų srauto, didesnės fotonų energijos ir trumpesnio impulso pločio. Ši pažanga ne tik optimizuoja ekstremalių ultravioletinių šviesos šaltinių matavimo skiriamąją gebą, bet ir atveria naujų galimybių būsimoms technologijų plėtros tendencijoms. Todėl išsamus didelio pasikartojimo dažnio ekstremalių ultravioletinių šviesos šaltinių tyrimas ir supratimas yra labai svarbus norint įvaldyti ir taikyti pažangiausias technologijas.
Elektronų spektroskopijos matavimams femtosekundžių ir atosekundžių laiko skalėse dažnai nepakanka viename spindulyje išmatuotų įvykių skaičiaus, todėl žemo redažnio šviesos šaltinių nepakanka patikimai statistikai gauti. Tuo pačiu metu šviesos šaltinis, turintis mažą fotonų srautą, sumažins mikroskopinio vaizdavimo signalo ir triukšmo santykį per ribotą ekspozicijos laiką. Nuolatinių tyrimų ir eksperimentų metu tyrėjai padarė daug patobulinimų optimizuodami didelio pasikartojimo dažnio ekstremaliosios ultravioletinės šviesos išeigą ir pralaidumo dizainą. Pažangi spektrinės analizės technologija kartu su didelio pasikartojimo dažnio ekstremaliosios ultravioletinės šviesos šaltiniu buvo panaudota siekiant didelio tikslumo medžiagų struktūros ir elektroninių dinaminių procesų matavimų.
Ekstremalių ultravioletinių spindulių šaltinių taikymams, tokiems kaip kampinės skiriamosios gebos elektronų spektroskopijos (ARPES) matavimai, mėginiui apšviesti reikalingas ekstremalių ultravioletinių spindulių pluoštas. Ekstremalūs ultravioletiniai spinduliai sužadina mėginio paviršiuje esančius elektronus iki nepertraukiamos būsenos, o fotoelektronų kinetinė energija ir emisijos kampas suteikia informaciją apie mėginio juostos struktūrą. Elektronų analizatorius su kampo skiriamosios gebos funkcija priima spinduliuojamus fotoelektronus ir nustato juostos struktūrą šalia mėginio valentinės juostos. Mažo pasikartojimo dažnio ekstremalių ultravioletinių spindulių šaltinis, kadangi jo viename impulse yra daug fotonų, per trumpą laiką sužadins daug fotoelektronų mėginio paviršiuje, o Kulono sąveika žymiai išplės fotoelektronų kinetinės energijos pasiskirstymą, vadinamą erdvinio krūvio efektu. Norint sumažinti erdvinio krūvio efekto įtaką, būtina sumažinti kiekviename impulse esančių fotoelektronų skaičių, išlaikant pastovų fotonų srautą, todėl būtina valdytilazerissu dideliu pasikartojimo dažniu, kad būtų sukurtas ekstremalus ultravioletinės šviesos šaltinis su dideliu pasikartojimo dažniu.
Rezonansu sustiprinta rezonatoriaus technologija realizuoja aukštos eilės harmonikų generavimą MHz pasikartojimo dažniu
Siekdami gauti ekstremalaus ultravioletinio spindulio šaltinį, kurio pasikartojimo dažnis siektų iki 60 MHz, Britų Kolumbijos universiteto (Jungtinė Karalystė) Joneso komanda atliko aukšto eilės harmonikų generavimą femtosekundinio rezonanso stiprinimo rezonatoriuje (fsEC), kad sukurtų praktišką ekstremalaus ultravioletinio spindulio šaltinį, ir pritaikė jį laiko skiriamosios gebos kampinės skiriamosios gebos elektronų spektroskopijos (Tr-ARPES) eksperimentuose. Šviesos šaltinis gali tiekti daugiau nei 1011 fotonų skaičių per sekundę fotonų srautą su viena harmonika, esant 60 MHz pasikartojimo dažniui, 8–40 eV energijos diapazone. Jie naudojo iterbio legiruotą šviesolaidinio lazerio sistemą kaip fsEC užvedimo šaltinį ir valdė impulsų charakteristikas naudodami pritaikytą lazerinės sistemos konstrukciją, kad sumažintų nešlio gaubtinės poslinkio dažnio (fCEO) triukšmą ir išlaikytų geras impulsų suspaudimo charakteristikas stiprintuvo grandinės gale. Siekiant stabilaus rezonanso sustiprinimo fsEC viduje, jie naudoja tris servo valdymo kilpas grįžtamojo ryšio valdymui, dėl kurių aktyvi stabilizacija vyksta dviem laisvės laipsniais: impulsų ciklo trukmė fsEC viduje atitinka lazerio impulso periodą, o elektrinio lauko nešiklio fazės poslinkis impulso gaubtinės atžvilgiu (t. y. nešiklio gaubtinės fazė, ϕCEO).
Naudodama kriptono dujas kaip darbines dujas, tyrėjų komanda pasiekė aukštesnės eilės harmonikų generavimą fsEC. Jie atliko grafito Tr-ARPES matavimus ir stebėjo greitą termiškai sužadintų elektronų populiacijų termiaciją ir vėlesnę lėtą rekombinaciją, taip pat termiškai tiesiogiai sužadintų būsenų dinamiką netoli Fermio lygmens, viršijančio 0,6 eV. Šis šviesos šaltinis yra svarbi priemonė tiriant sudėtingų medžiagų elektroninę struktūrą. Tačiau aukštos eilės harmonikų generavimas fsEC turi labai aukštus atspindžio, dispersijos kompensacijos, ertmės ilgio tikslaus reguliavimo ir sinchronizacijos fiksavimo reikalavimus, o tai labai paveiks rezonansu sustiprintos ertmės stiprinimo daugiklį. Tuo pačiu metu iššūkis yra ir netiesinis plazmos fazinis atsakas ertmės židinio taške. Todėl šiuo metu tokio tipo šviesos šaltinis netapo pagrindiniu ekstremalios ultravioletinės spinduliuotės šaltiniu.aukštos harmonikos šviesos šaltinis.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 29 d.