Avances en ultravioleta extremotecnología de fuente de luz
En los últimos años, las fuentes de altos armónicos 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 diversos estudios espectrales y de imágenes. Con el avance de la tecnología, estefuente de luzse está desarrollando hacia una mayor frecuencia de repetición, un mayor flujo de fotones, una mayor energía de los fotones y una anchura de pulso más corta. Este avance no solo optimiza la resolución de medición de fuentes de luz ultravioleta extrema, sino que también brinda nuevas posibilidades para futuras tendencias de desarrollo tecnológico. Por lo tanto, el estudio en profundidad y la comprensión de la fuente de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición es de gran importancia para dominar y aplicar tecnología de vanguardia.
Para mediciones de espectroscopía 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 sean insuficientes para obtener estadísticas confiables. Al mismo tiempo, la fuente de luz con bajo flujo de fotones reducirá la relación señal-ruido de las imágenes microscópicas durante el tiempo de exposición limitado. A través de exploración y experimentos continuos, los investigadores han logrado muchas mejoras en la optimización del rendimiento y el diseño de transmisión de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición. La avanzada tecnología de análisis espectral combinada con la fuente de luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de repetición se ha utilizado para lograr una medición de alta precisión de la estructura del material y el proceso dinámico electrónico.
Las aplicaciones de fuentes de luz ultravioleta extrema, como las mediciones de 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 son excitados 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 de ángulo recibe los fotoelectrones radiados y obtiene la estructura de la banda 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 único pulso 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 energía cinética del fotoelectrón, 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 el flujo de fotones constante, por lo que es necesario impulsar ellásercon alta frecuencia de repetición para producir la fuente de luz ultravioleta extrema con alta frecuencia de repetición.
La tecnología de cavidad mejorada por resonancia logra 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 Jones de la Universidad de Columbia Británica en el Reino Unido realizó una generación de armónicos de alto orden en una cavidad de mejora de resonancia de femtosegundo (fsEC) para lograr un efecto práctico. fuente de luz ultravioleta extrema y la aplicó a experimentos de espectroscopia electrónica de resolución angular resuelta en el tiempo (Tr-ARPES). La fuente de luz es capaz de entregar un flujo de fotones de más de 1011 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 dopada con iterbio como fuente inicial para fsEC y controlaron las características del pulso a través de un diseño de sistema láser personalizado para minimizar el ruido de la frecuencia de compensación de la envolvente 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 servocontrol 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 del láser y el cambio de fase de la portadora del campo eléctrico con respecto a la envolvente del pulso (es decir, fase de la envolvente de la portadora, 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 de grafito y observaron una termiación rápida y una recombinación lenta posterior de poblaciones de electrones no excitados térmicamente, así como la dinámica de estados excitados directamente 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 alto orden en fsEC tiene requisitos muy altos de reflectividad, compensación de dispersión, ajuste fino de la longitud de la cavidad y bloqueo de sincronización, lo que afectará en gran medida la mejora múltiple de la cavidad mejorada por resonancia. Al mismo tiempo, la respuesta de fase no lineal del plasma en el punto focal de la cavidad también supone un desafío. Por lo tanto, en la actualidad, este tipo de fuente de luz no se ha convertido en la corriente ultravioleta extrema.fuente de luz de alto armónico.
Hora de publicación: 29 de abril de 2024