Напредокот во технологијата на екстремни ултравиолетови извори на светлина

Напредокот во екстремните ултравиолетовитехнологија за извор на светлина

Во последниве години, екстремните ултравиолетови високохармонични извори привлекоа големо внимание на полето на динамиката на електроните поради нивната силна кохерентност, кратко времетраење на импулсот и високата фотонска енергија и се користеа во различни спектрални и студии за слики. Со напредокот на технологијата, оваизвор на светлинасе развива кон поголема фреквенција на повторување, поголем фотонски флукс, поголема фотонска енергија и пократка ширина на импулсот. Овој напредок не само што ја оптимизира резолуцијата на мерењето на екстремните извори на ултравиолетова светлина, туку дава и нови можности за идните трендови на технолошки развој. Затоа, длабинското проучување и разбирањето на изворот на екстремна ултравиолетова светлина со висока фреквенција е од големо значење за совладување и примена на врвна технологија.

За мерења со електронска спектроскопија на временски скали од фемтосекунда и аттосекунда, бројот на настани измерени во еден зрак често е недоволен, што ги прави изворите на светлина со ниска фреквенција недоволни за да се добие веродостојна статистика. Во исто време, изворот на светлина со низок фотонски флукс ќе го намали односот сигнал-шум на микроскопското сликање за време на ограниченото време на експозиција. Преку континуирано истражување и експерименти, истражувачите направија многу подобрувања во оптимизацијата на приносот и дизајнот на преносот на екстремната ултравиолетова светлина со висока фреквенција. Напредната технологија за спектрална анализа во комбинација со екстремниот извор на ултравиолетова светлина со висока фреквенција се користи за да се постигне високо прецизно мерење на структурата на материјалот и електронскиот динамичен процес.

Апликациите на екстремни извори на ултравиолетова светлина, како што се мерењата со електронска спектроскопија со решена аголна (ARPES), бараат зрак од екстремна ултравиолетова светлина за да се осветли примерокот. Електроните на површината на примерокот се возбудени до континуирана состојба од екстремната ултравиолетова светлина, а кинетичката енергија и емисиониот агол на фотоелектроните ги содржат информациите за структурата на опсегот на примерокот. Анализаторот на електрони со функција на Аголна резолуција ги прима зрачените фотоелектрони и ја добива структурата на лентата во близина на валентниот опсег на примерокот. За екстремен извор на ултравиолетова светлина со мала фреквенција, бидејќи неговиот единствен пулс содржи голем број фотони, тој ќе возбуди голем број фотоелектрони на површината на примерокот за кратко време, а Кулоновата интеракција ќе донесе сериозно проширување на дистрибуцијата на кинетичката енергија на фотоелектронот, што се нарекува ефект на просторен полнеж. За да се намали влијанието на ефектот на вселенски полнеж, потребно е да се намалат фотоелектроните содржани во секој пулс додека се одржува постојаниот фотонски флукс, па затоа е неопходно да се придвижиласерскисо висока фреквенција на повторување за да се произведе екстремен извор на ултравиолетова светлина со висока фреквенција на повторување.

Технологијата на шуплината со зголемена резонанца го реализира генерирањето на хармоници од висок ред на фреквенција на повторување на MHz
Со цел да се добие екстремен извор на ултравиолетова светлина со брзина на повторување до 60 MHz, тимот на Џонс од Универзитетот во Британска Колумбија во Обединетото Кралство изврши генерирање на хармоници од висок ред во празнина за подобрување на резонанца во фемтосекунда (fsEC) за да постигне практична екстремен извор на ултравиолетова светлина и го применил на временски резолуирани експерименти со спектроскопија со аголна резолуција на електрони (Tr-ARPES). Изворот на светлина е способен да испорача фотонски флукс од повеќе од 1011 фотонски броеви во секунда со еден хармоник со брзина на повторување од 60 MHz во енергетскиот опсег од 8 до 40 eV. Тие користеа ласерски систем со влакна допирани со итербиум како извор на семе за fsEC и ги контролираа карактеристиките на пулсот преку приспособен дизајн на ласерски систем за да се минимизира бучавата на фреквенцијата на фреквенција на обвивката на носителот (fCEO) и да се одржат добри карактеристики на компресија на импулсот на крајот од синџирот на засилувачот. За да се постигне стабилно подобрување на резонанца во рамките на fsEC, тие користат три серво контролни јамки за контрола на повратни информации, што резултира со активна стабилизација на два степени на слобода: времето на кружно патување на циклусот на пулсот во рамките на fsEC се совпаѓа со периодот на ласерскиот пулс и поместувањето на фазата на носачот на електричното поле во однос на обвивката на пулсот (т.е. фаза на обвивка на носачот, ϕCEO).

Со користење на криптон гас како работен гас, истражувачкиот тим постигна генерирање на хармоници од повисок ред во fsEC. Тие извршија Tr-ARPES мерења на графитот и забележаа брза термација и последователна бавна рекомбинација на популации на електрони кои не се термички возбудени, како и динамиката на нетермички директно возбудени состојби во близина на нивото на Ферми над 0,6 eV. Овој извор на светлина обезбедува важна алатка за проучување на електронската структура на сложените материјали. Сепак, генерирањето на хармоници од висок ред во fsEC има многу високи барања за рефлексивност, компензација на дисперзија, фино прилагодување на должината на шуплината и заклучување на синхронизацијата, што во голема мера ќе влијае на повеќекратното подобрување на шуплината подобрена со резонанца. Во исто време, нелинеарниот фазен одговор на плазмата во фокусната точка на шуплината е исто така предизвик. Затоа, во моментов, овој вид на извор на светлина не стана мејнстрим екстремно ултравиолетововисокохармоничен извор на светлина.