Avances en la radiación ultravioleta extrematecnología de fuente de luz
En los últimos años, las fuentes de armónicos altos en el ultravioleta extremo han atraído 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 diversos estudios espectrales y de imagen. Con el avance de la tecnología, esto...fuente de luzLa tecnología está evolucionando hacia una mayor frecuencia de repetición, un mayor flujo de fotones, una mayor energía de fotones y una menor anchura de 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 a fondo de las fuentes de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición son fundamentales para el dominio y la aplicación de 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 impide obtener estadísticas fiables con fuentes de luz de baja frecuencia. Al mismo tiempo, una fuente de luz con bajo flujo de fotones reduce la relación señal-ruido de las imágenes microscópicas durante un tiempo de exposición limitado. Mediante la exploración y la experimentación continuas, los investigadores han logrado numerosas mejoras en la optimización del rendimiento y el diseño de la 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 el proceso dinámico electrónico.
Las aplicaciones de fuentes de luz ultravioleta extrema, como las mediciones por espectroscopia electrónica de resolución angular (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 banda de la muestra. El analizador de electrones con función de resolución angular recibe los fotoelectrones radiados y obtiene la estructura de banda cerca de la banda de valencia de la muestra. Para una fuente de luz ultravioleta extrema de baja frecuencia de repetición, dado que su pulso único contiene una gran cantidad de fotones, excitará una gran cantidad de fotoelectrones en la superficie de la muestra en poco tiempo, y la interacción de Coulomb provocará una importante ampliación 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 la cantidad de fotoelectrones contenidos en cada pulso, manteniendo constante el flujo de fotones, por lo que es necesario impulsar el...lásercon alta frecuencia de repetición para producir la fuente de luz ultravioleta extrema con alta frecuencia de repetición.
La tecnología de cavidad mejorada por resonancia permite la generación de armónicos de alto orden a una frecuencia de repetición de MHz.
Para obtener una fuente de luz ultravioleta extrema con una tasa de repetición de hasta 60 MHz, el equipo de Jones de la Universidad de Columbia Británica (Reino Unido) generó 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 espectroscopía electrónica de resolución angular con resolución temporal (Tr-ARPES). La fuente de luz es capaz de proporcionar un flujo de fotones de más de 10¹ números de fotones por segundo con un solo armónico a una tasa de repetición de 60 MHz en el rango de energía de 8 a 40 eV. Utilizaron un sistema láser de fibra dopado 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 del pulso al final de la cadena del amplificador. Para lograr una mejora de resonancia estable dentro del fsEC, utilizan tres bucles de control servo para el control de retroalimentación, lo que da como resultado una estabilización activa en dos grados de libertad: el tiempo de ida y vuelta del ciclo del pulso dentro del fsEC coincide con el período del pulso láser y el cambio de fase del portador del campo eléctrico con respecto a la envolvente del pulso (es decir, fase de la envolvente del portador, ϕCEO).
Al utilizar gas criptón como gas de trabajo, el equipo de investigación logró la generación de armónicos de orden superior en fsEC. Realizaron mediciones Tr-ARPES del grafito y observaron una termiación rápida y la posterior recombinación lenta de poblaciones de electrones no excitados térmicamente, así como la dinámica de estados no excitados directamente térmicamente cerca del nivel de Fermi por encima de 0,6 eV. Esta fuente de luz proporciona una herramienta importante para el estudio de la estructura electrónica de materiales complejos. Sin embargo, la generación de armónicos de orden superior en fsEC presenta requisitos muy exigentes de reflectividad, compensación de dispersión, ajuste fino de la longitud de la cavidad y bloqueo de sincronización, lo que afectará considerablemente el múltiplo de mejora de la cavidad con resonancia mejorada. Al mismo tiempo, la respuesta de fase no lineal del plasma en el punto focal de la cavidad también representa un desafío. Por lo tanto, actualmente, este tipo de fuente de luz no se ha generalizado en la luz ultravioleta extrema.fuente de luz de alta armónica.
Hora de publicación: 29 de abril de 2024