Äärmusliku ultraviolettkiirguse edusammudvalgusallika tehnoloogia
Viimastel aastatel on äärmuslikud ultraviolettkiirguse kõrgharmoonilised allikad pälvinud elektrondünaamika valdkonnas laialdast tähelepanu oma tugeva koherentsuse, lühikese impulsi kestuse ja kõrge footonienergia tõttu ning neid on kasutatud erinevates spektraal- ja pildiuuringutes. Tehnoloogia arenedes on seevalgusallikasareneb kõrgema kordussageduse, suurema footonivoo, suurema footonienergia ja lühema impulsi laiuse suunas. See edasiminek mitte ainult ei optimeeri äärmuslike ultraviolettvalgusallikate mõõtmislahutusvõimet, vaid pakub ka uusi võimalusi tulevasteks tehnoloogilisteks arengusuundadeks. Seetõttu on kõrge kordussagedusega äärmuslike ultraviolettvalgusallikate põhjalik uurimine ja mõistmine tipptehnoloogia omandamiseks ja rakendamiseks väga oluline.
Femtosekundiliste ja attosekundiliste ajaskaalade elektronspektroskoopia mõõtmiste puhul on ühes kiires mõõdetud sündmuste arv sageli ebapiisav, mistõttu madala resagedusega valgusallikad ei ole usaldusväärse statistika saamiseks piisavad. Samal ajal vähendab madala footonvooga valgusallikas mikroskoopilise pildistamise signaali-müra suhet piiratud säriaja jooksul. Pideva uurimistöö ja katsete abil on teadlased teinud palju parandusi kõrge kordussagedusega äärmusliku ultraviolettvalguse saagikuse optimeerimisel ja ülekande disainimisel. Täiustatud spektraalanalüüsi tehnoloogiat koos kõrge kordussagedusega äärmusliku ultraviolettvalguse allikaga on kasutatud materjali struktuuri ja elektrooniliste dünaamiliste protsesside suure täpsusega mõõtmise saavutamiseks.
Ekstreemse ultraviolettvalguse allikate rakendused, näiteks nurklahutusega elektronspektroskoopia (ARPES) mõõtmised, vajavad proovi valgustamiseks ekstreemse ultraviolettvalguse kiirt. Proovi pinnal olevad elektronid ergastuvad ekstreemse ultraviolettvalguse abil pidevasse olekusse ning fotoelektronide kineetiline energia ja emissiooninurk sisaldavad teavet proovi riba struktuuri kohta. Nurklahutusega funktsiooniga elektronanalüsaator võtab vastu kiiratud fotoelektrone ja tuvastab proovi valentsiriba lähedal asuva riba struktuuri. Madala kordussagedusega ekstreemse ultraviolettvalguse allika puhul, kuna selle üksik impulss sisaldab suurt hulka footoneid, ergastab see lühikese aja jooksul proovi pinnal suurt hulka fotoelektrone ja Coulombi interaktsioon toob kaasa fotoelektronide kineetilise energia jaotuse olulise laienemise, mida nimetatakse ruumilaengu efektiks. Ruumilaengu efekti mõju vähendamiseks on vaja vähendada igas impulsis sisalduvate fotoelektronide arvu, säilitades samal ajal konstantse footonivoo, seega on vaja juhtidalaserkõrge kordussagedusega, et toota äärmuslikku ultraviolettvalguse allikat kõrge kordussagedusega.
Resonantsi abil täiustatud õõnsuste tehnoloogia realiseerib kõrge astme harmooniliste genereerimise MHz kordussagedusel
Et saada ekstreemset ultraviolettvalgusallikat kordussagedusega kuni 60 MHz, viis Briti Columbia ülikooli Jonesi meeskond Ühendkuningriigis läbi femtosekundilise resonantsi võimendusõõnsuses (fsEC) kõrget järku harmooniliste genereerimise, et saavutada praktiline ekstreemset ultraviolettvalgusallikat, ja rakendas seda ajaliselt lahendatud nurklahutusega elektronspektroskoopia (Tr-ARPES) katsetes. Valgusallikas on võimeline tekitama footonvoogu üle 1011 footoni arvu sekundis ühe harmoonilisega kordussagedusega 60 MHz energiavahemikus 8–40 eV. Nad kasutasid fsEC seemneallikana ütterbiumiga legeeritud kiudlaser-süsteemi ja kontrollisid impulsi omadusi kohandatud lasersüsteemi disaini abil, et minimeerida kandemärgi nihkesageduse (fCEO) müra ja säilitada võimendi ahela lõpus head impulsi kokkusurumise omadused. Stabiilse resonantsi võimendamise saavutamiseks fsEC-s kasutavad nad tagasiside juhtimiseks kolme servojuhtimisahelat, mille tulemuseks on aktiivne stabiliseerimine kahel vabadusastmel: impulsi tsükli edasi-tagasi aeg fsEC-s vastab laserimpulsi perioodile ja elektrivälja kanduri faasinihe impulsi mähisjoone suhtes (st kanduri mähisjoone faas, ϕCEO).
Kasutades töögaasina krüptooni, saavutas uurimisrühm fsEC-s kõrgema järgu harmooniliste genereerimise. Nad viisid läbi grafiidi Tr-ARPES-mõõtmisi ja täheldasid mittetermiliselt ergastatud elektronpopulatsioonide kiiret termilist soojenemist ja sellele järgnevat aeglast rekombinatsiooni, samuti mittetermiliselt otseselt ergastatud olekute dünaamikat Fermi taseme lähedal üle 0,6 eV. See valgusallikas on oluline tööriist keerukate materjalide elektronstruktuuri uurimiseks. Kõrgema järgu harmooniliste genereerimisel fsEC-s on aga väga kõrged nõuded peegelduvuse, dispersiooni kompenseerimise, õõnsuse pikkuse peenreguleerimise ja sünkroniseerimise lukustamise osas, mis mõjutab oluliselt resonantsi abil võimendatud õõnsuse võimenduskordajat. Samal ajal on väljakutseks ka plasma mittelineaarne faasireaktsioon õõnsuse fookuspunktis. Seetõttu ei ole seda tüüpi valgusallikas praegu muutunud peamiseks äärmusliku ultraviolettkiirguse allikaks.kõrge harmoonilise valgusallika.
Postituse aeg: 29. aprill 2024