Дасягненні ў галіне экстрэмальнага ультрафіялетутэхналогія крыніц святла
У апошнія гады крыніцы экстрэмальнага ўльтрафіялетавага выпраменьвання з высокім узроўнем гармонік прыцягнулі шырокую ўвагу ў галіне дынамікі электронаў дзякуючы сваёй моцнай кагерэнтнасці, кароткай працягласці імпульсу і высокай энергіі фатонаў і выкарыстоўваліся ў розных спектральных даследаваннях і даследаваннях візуалізацыі. З развіццём тэхналогій гэтакрыніца святларазвіваецца ў бок больш высокай частаты паўтарэння, большага патоку фатонаў, больш высокай энергіі фатонаў і меншай працягласці імпульсу. Гэты прагрэс не толькі аптымізуе дазвол вымярэнняў крыніц экстрэмальнага ультрафіялетавага святла, але і дае новыя магчымасці для будучых тэндэнцый тэхналагічнага развіцця. Такім чынам, паглыбленае вывучэнне і разуменне крыніцы ультрафіялетавага святла з высокай частатой паўтарэння мае вялікае значэнне для засваення і прымянення перадавых тэхналогій.
Для вымярэнняў электроннай спектраскапіі ў фемтасекундным і атасекундным маштабах часу колькасць падзей, вымераных у адным пучку, часта бывае недастатковай, што робіць крыніцы святла з нізкай частатой недастаткова для атрымання надзейнай статыстыкі. У той жа час крыніца святла з нізкім патокам фатонаў знізіць стаўленне сігнал/шум мікраскапічнага малюнка на працягу абмежаванага часу экспазіцыі. Дзякуючы бесперапынным даследаванням і эксперыментам, даследчыкі ўнеслі шмат паляпшэнняў у аптымізацыю ўраджаю і канструкцыю перадачы ультрафіялетавага святла з высокай частатой паўтарэння. Удасканаленая тэхналогія спектральнага аналізу ў спалучэнні з крыніцай ультрафіялетавага святла з высокай частатой паўтарэння была выкарыстана для дасягнення высокай дакладнасці вымярэння структуры матэрыялу і электроннага дынамічнага працэсу.
Прымяненне крыніц экстрэмальнага ультрафіялетавага святла, такіх як вымярэнні электроннай спектраскапіі з вуглавым дазволам (ARPES), патрабуе прамяня экстрэмальнага ультрафіялетавага святла для асвятлення ўзору. Электроны на паверхні ўзору ўзбуджаюцца да бесперапыннага стану экстрэмальным ультрафіялетавым святлом, а кінэтычная энергія і кут выпраменьвання фотаэлектронаў утрымліваюць інфармацыю аб зоннай структуры ўзору. Аналізатар электронаў з функцыяй кутняга раздзялення прымае выпраменьваныя фотаэлектроны і атрымлівае зонную структуру каля валентнай зоны ўзору. Для крыніцы ультрафіялетавага святла з нізкай частатой паўтарэння, паколькі яе адзінкавы імпульс змяшчае вялікую колькасць фатонаў, яна ўзбуджае вялікую колькасць фотаэлектронаў на паверхні ўзору за кароткі час, а кулонаўскае ўзаемадзеянне прывядзе да сур'ёзнага пашырэння размеркавання. кінетычнай энергіі фотаэлектронаў, што называецца эфектам прасторавага зарада. Каб паменшыць уплыў эфекту прасторавага зарада, неабходна паменшыць колькасць фотаэлектронаў, якія змяшчаюцца ў кожным імпульсе, захоўваючы пры гэтым пастаянны паток фатонаў, таму неабходна кіравацьлазерз высокай частатой паўтарэння для атрымання крыніцы ультрафіялетавага святла з высокай частатой паўтарэння.
Тэхналогія ўдасканаленага рэзанансу дазваляе ствараць гармонікі высокага парадку з частатой паўтарэння МГц
Для таго, каб атрымаць надзвычайную крыніцу ўльтрафіялетавага святла з частатой паўтарэння да 60 МГц, каманда Джонса з Універсітэта Брытанскай Калумбіі ў Вялікабрытаніі правяла генерацыю гармонік высокага парадку ў паражніны для ўзмацнення фемтасекунднага рэзанансу (fsEC), каб дасягнуць практычнага крыніца экстрэмальнага ўльтрафіялетавага святла і ўжыў яго ў эксперыментах па вуглавой электроннай спектраскапіі з часавым дазволам (Tr-ARPES). Крыніца святла здольная ствараць паток фатонаў больш за 1011 лікаў фатонаў у секунду з адной гармонікай з частатой паўтарэння 60 МГц у дыяпазоне энергій ад 8 да 40 эВ. Яны выкарыстоўвалі валаконна-лазерную сістэму з ітэрбіем у якасці запачатковай крыніцы для fsEC і кантралявалі характарыстыкі імпульсу з дапамогай індывідуальнай канструкцыі лазернай сістэмы, каб мінімізаваць шум частоты зрушэння апорнай апорнай (fCEO) і падтрымліваць добрыя характарыстыкі сціску імпульсу ў канцы ланцуга ўзмацняльніка. Каб дасягнуць устойлівага ўзмацнення рэзанансу ў fsEC, яны выкарыстоўваюць тры контуры кіравання сервоприводом для кіравання зваротнай сувяззю, што прыводзіць да актыўнай стабілізацыі пры дзвюх ступенях свабоды: час праходжання імпульсу ў fsEC супадае з перыядам імпульсу лазера, а фазавы зрух носьбіта электрычнага поля адносна агінаючай імпульсу (г.зн. фазы агінаючай апорнай, ϕCEO).
Выкарыстоўваючы газ крыптон у якасці працоўнага газу, даследчая група дасягнула генерацыі гармонік вышэйшага парадку ў fsEC. Яны правялі вымярэнні графіту Tr-ARPES і назіралі хуткую тэрміяцыю і наступную павольную рэкамбінацыю папуляцый электронаў, якія не ўзбуджаюцца тэрмічнаму, а таксама дынаміку станаў, якія не ўзбуджаюцца тэрмічнаму, каля ўзроўню Фермі вышэй за 0,6 эВ. Гэтая крыніца святла з'яўляецца важным інструментам для вывучэння электроннай структуры складаных матэрыялаў. Аднак генерацыя гармонік высокага парадку ў fsEC прад'яўляе вельмі высокія патрабаванні да адбівальнай здольнасці, кампенсацыі дысперсіі, дакладнай рэгулявання даўжыні рэзанара і блакіроўкі сінхранізацыі, што значна паўплывае на кратнае ўзмацненне рэзананснага рэзананта. У той жа час нелінейная фазавая характарыстыка плазмы ў факальнай кропцы паражніны таксама з'яўляецца праблемай. Такім чынам, у цяперашні час гэты від крыніцы святла не стаў асноўным экстрэмальным ультрафіялетамкрыніца святла высокай гармонікі.
Час публікацыі: 29 красавіка 2024 г