Avances en la radiación ultravioleta extrematecnología de fuente de luz
En los últimos años, las fuentes de armónicos altos ultravioleta extremo han atraído una gran atención en el campo de la dinámica electrónica debido a su fuerte coherencia, corta duración de pulso y alta energía fotónica, y se han utilizado en varios estudios espectrales y de imágenes. Con el avance de la tecnología, estafuente de luzSe está desarrollando una mayor frecuencia de repetición, un mayor flujo de fotones, una mayor energía de fotones y una menor duración del pulso. Este avance no solo optimiza la resolución de medición de las fuentes de luz ultravioleta extrema, sino que también ofrece nuevas posibilidades para futuras tendencias de desarrollo tecnológico. Por lo tanto, el estudio y la comprensión profundos de las fuentes de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición son de gran importancia para dominar y aplicar tecnología de vanguardia.
Para mediciones de espectroscopia electrónica en escalas de tiempo de femtosegundos y attosegundos, el número de eventos medidos en un solo haz suele ser insuficiente, lo que hace que las fuentes de luz de baja frecuencia de repetición no sean suficientes para obtener estadísticas fiables. Al mismo tiempo, una fuente de luz con bajo flujo de fotones reduce la relación señal-ruido de la imagen microscópica durante el tiempo de exposición limitado. Mediante la exploración y experimentación continuas, los investigadores han logrado numerosas mejoras en la optimización del rendimiento y el diseño de transmisión de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición. La tecnología avanzada de análisis espectral, combinada con la fuente de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición, se ha utilizado para lograr mediciones de alta precisión de la estructura de los materiales y los procesos dinámicos electrónicos.
Las aplicaciones de fuentes de luz ultravioleta extrema, como las mediciones de espectroscopia electrónica resuelta angularmente (ARPES), requieren un haz de luz ultravioleta extrema para iluminar la muestra. Los electrones en la superficie de la muestra se excitan al estado continuo por la luz ultravioleta extrema, y la energía cinética y el ángulo de emisión de los fotoelectrones contienen la información de la estructura de bandas de la muestra. El analizador de electrones con función de resolución angular recibe los fotoelectrones radiados y obtiene la estructura de bandas cerca de la banda de valencia de la muestra. Para una fuente de luz ultravioleta extrema de baja frecuencia de repetición, debido a que su pulso único contiene una gran cantidad de fotones, excitará una gran cantidad de fotoelectrones en la superficie de la muestra en un corto tiempo, y la interacción de Coulomb producirá una ampliación seria de la distribución de la energía cinética de los fotoelectrones, lo que se denomina efecto de carga espacial. Para reducir la influencia del efecto de carga espacial, es necesario reducir los fotoelectrones contenidos en cada pulso mientras se mantiene un flujo de fotones constante, por lo que es necesario impulsar lalásercon alta frecuencia de repetición para producir la fuente de luz ultravioleta extrema con alta frecuencia de repetición.
La tecnología de cavidad resonante mejorada permite la generación de armónicos de alto orden a frecuencias de repetición de MHz.
Para obtener una fuente de luz ultravioleta extrema con una frecuencia de repetición de hasta 60 MHz, el equipo de Jones en la Universidad de Columbia Británica en el Reino Unido realizó la generación de armónicos de alto orden en una cavidad de mejora de resonancia de femtosegundos (fsEC) para lograr una fuente de luz ultravioleta extrema práctica y la aplicó a experimentos de espectroscopia electrónica resuelta angularmente y resuelta en el tiempo (Tr-ARPES). La fuente de luz es capaz de proporcionar un flujo de fotones de más de 10¹¹ fotones por segundo con un solo armónico a una frecuencia de repetición de 60 MHz en el rango de energía de 8 a 40 eV. Utilizaron un sistema láser de fibra dopada con iterbio como fuente semilla para fsEC y controlaron las características del pulso mediante un diseño de sistema láser personalizado para minimizar el ruido de frecuencia de desplazamiento de la envolvente de la portadora (fCEO) y mantener buenas características de compresión de pulso al final de la cadena de amplificación. Para lograr una mejora de resonancia estable dentro del fsEC, utilizan tres bucles de control servo para el control de retroalimentación, lo que resulta en una estabilización activa en dos grados de libertad: el tiempo de ida y vuelta del ciclo de pulsos dentro del fsEC coincide con el período del pulso láser, y el desplazamiento de fase de la portadora del campo eléctrico con respecto a la envolvente del pulso (es decir, la fase de la envolvente de la portadora, ϕCEO).
Mediante el uso de gas kriptón como gas de trabajo, el equipo de investigación logró generar armónicos de orden superior en fsEC. Realizaron mediciones Tr-ARPES de grafito y observaron una termiación rápida y la posterior recombinación lenta de poblaciones de electrones excitados no térmicamente, así como la dinámica de estados directamente excitados no térmicamente cerca del nivel de Fermi por encima de 0,6 eV. Esta fuente de luz proporciona una herramienta importante para estudiar la estructura electrónica de materiales complejos. Sin embargo, la generación de armónicos de orden superior en fsEC exige altos niveles de reflectividad, compensación de dispersión, ajuste preciso de la longitud de la cavidad y sincronización, lo que afecta considerablemente el factor de mejora de la cavidad resonante. Asimismo, la respuesta de fase no lineal del plasma en el punto focal de la cavidad también representa un desafío. Por lo tanto, en la actualidad, este tipo de fuente de luz no se ha convertido en la principal fuente de luz ultravioleta extrema.fuente de luz de alto armónico.
Fecha de publicación: 29 de abril de 2024