Дасягненні ў галіне экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьваннятэхналогія крыніц святла
У апошнія гады крыніцы высокіх гармонік экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання прыцягнулі шырокую ўвагу ў галіне электроннай дынамікі дзякуючы сваёй моцнай кагерэнтнасці, кароткай працягласці імпульсу і высокай энергіі фатонаў і выкарыстоўваліся ў розных спектральных і візуалізацыйных даследаваннях. З развіццём тэхналогій гэта...крыніца святларазвіваецца ў напрамку больш высокай частаты паўтарэння, большага патоку фатонаў, большай энергіі фатонаў і меншай працягласці імпульсу. Гэты прагрэс не толькі аптымізуе раздзяляльную здольнасць вымярэнняў крыніц экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання, але і адкрывае новыя магчымасці для будучых тэндэнцый тэхналагічнага развіцця. Такім чынам, паглыбленае вывучэнне і разуменне крыніц экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання з высокай частатой паўтарэння мае вялікае значэнне для авалодання і прымянення перадавых тэхналогій.
Для вымярэнняў электроннай спектраскапіі ў фемтасекундных і атасекундных маштабах часу колькасць падзей, якія вымяраюцца ў адным пучку, часта недастатковая, што робіць крыніцы святла з нізкай частатой недастатковымі для атрымання надзейнай статыстыкі. У той жа час крыніца святла з нізкім патокам фатонаў зніжае суадносіны сігнал/шум мікраскапічных малюнкаў на працягу абмежаванага часу экспазіцыі. Дзякуючы пастаянным даследаванням і эксперыментам, даследчыкі зрабілі шмат паляпшэнняў у аптымізацыі выхаду і распрацоўцы перадачы высокачастотнага экстрэмальнага ультрафіялетавага святла. Перадавая тэхналогія спектральнага аналізу ў спалучэнні з высокачастотнай крыніцай экстрэмальнага ультрафіялетавага святла была выкарыстана для дасягнення высокай дакладнасці вымярэння структуры матэрыялу і электронных дынамічных працэсаў.
Прымяненне крыніц экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання, такіх як вымярэнні з дапамогай электроннай спектраскапіі з вуглавым разрозненнем (ARPES), патрабуе прамяня экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання для асвятлення ўзору. Электроны на паверхні ўзору ўзбуджаюцца да бесперапыннага стану экстрэмальным ультрафіялетавым выпраменьваннем, а кінетычная энергія і кут выпраменьвання фотаэлектронаў утрымліваюць інфармацыю аб зоннай структуры ўзору. Электронны аналізатар з функцыяй кутовага разрознення прымае выпраменьваныя фотаэлектроны і атрымлівае зонную структуру паблізу валентнай зоны ўзору. Для крыніц экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання з нізкай частатой паўтарэння, паколькі іх адзінкавы імпульс змяшчае вялікую колькасць фатонаў, ён будзе ўзбуджаць вялікую колькасць фотаэлектронаў на паверхні ўзору за кароткі час, і кулонаўскае ўзаемадзеянне прывядзе да значнага пашырэння размеркавання кінетычнай энергіі фотаэлектронаў, што называецца эфектам прасторавага зараду. Каб паменшыць уплыў эфекту прасторавага зараду, неабходна паменшыць колькасць фотаэлектронаў, якія змяшчаюцца ў кожным імпульсе, захоўваючы пры гэтым пастаянны паток фатонаў, таму неабходна кіраваць...лазерз высокай частатой паўтарэння для стварэння экстрэмальнай крыніцы ультрафіялетавага святла з высокай частатой паўтарэння.
Тэхналогія рэзананснага рэзанансу дазваляе генераваць высокія гармонікі на частаце паўтарэння МГц
Каб атрымаць крыніцу экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання з частатой паўтарэння да 60 МГц, каманда Джонса з Універсітэта Брытанскай Калумбіі ў Вялікабрытаніі правяла генерацыю высокіх гармонік у рэзанатары фемтасекунднага рэзананснага ўзмацнення (fsEC), каб стварыць практычную крыніцу экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання, і ўжыла яе ў эксперыментах па электроннай спектраскапіі з вуглавым дазволам з часавым разрозненнем (Tr-ARPES). Крыніца святла здольная выпраменьваць паток фатонаў больш за 1011 у секунду з адной гармонікай з частатой паўтарэння 60 МГц у дыяпазоне энергій ад 8 да 40 эВ. У якасці крыніцы пачатковага выпраменьвання для fsEC яны выкарысталі валаконную лазерную сістэму, легаваную ітэрбіем, і кантралявалі характарыстыкі імпульсаў з дапамогай спецыяльна распрацаванай лазернай сістэмы, каб мінімізаваць шум зрушэння частаты агінальнай носьбіта (fCEO) і падтрымліваць добрыя характарыстыкі сціскання імпульсаў у канцы ланцуга ўзмацняльніка. Каб дасягнуць стабільнага ўзмацнення рэзанансу ў межах fsEC, яны выкарыстоўваюць тры контуры сервакіравання для кіравання з зваротнай сувяззю, што прыводзіць да актыўнай стабілізацыі пры дзвюх ступенях свабоды: час праходжання цыклічнага імпульсу ў межах fsEC адпавядае перыяду лазернага імпульсу, а фазавы зрух носьбіта электрычнага поля адносна абалонкі імпульсу (г.зн. фазы абалонкі носьбіта, ϕCEO).
Выкарыстоўваючы крыптон у якасці рабочага газу, даследчая група дасягнула генерацыі гармонік вышэйшага парадку ў экстрэмальным ультрафіялетавым выпраменьванні (fsEC). Яны правялі вымярэнні Tr-ARPES графіту і назіралі хуткую тэрміяцыю і наступную павольную рэкамбінацыю нетэрмічна ўзбуджаных электронных папуляцый, а таксама дынаміку нетэрмічна непасрэдна ўзбуджаных станаў паблізу ўзроўню Фермі вышэй за 0,6 эВ. Гэтая крыніца святла з'яўляецца важным інструментам для вывучэння электроннай структуры складаных матэрыялаў. Аднак генерацыя гармонік вышэйшага парадку ў fsEC мае вельмі высокія патрабаванні да адбівальнай здольнасці, кампенсацыі дысперсіі, дакладнай рэгулявання даўжыні рэзанатара і сінхранізацыі, што значна паўплывае на кратнасць узмацнення рэзанансна ўзмоцненага рэзанатара. У той жа час, нелінейная фазавая рэакцыя плазмы ў факальнай кропцы рэзанатара таксама з'яўляецца праблемай. Таму ў цяперашні час гэты тып крыніц святла не стаў асноўнай крыніцай экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання.крыніца святла высокіх гарманік.
Час публікацыі: 29 красавіка 2024 г.