Progressi nell'ultravioletto estremotecnologia delle sorgenti luminose
Negli ultimi anni, le sorgenti di alta armonica nell'ultravioletto estremo hanno attirato grande attenzione nel campo della dinamica elettronica grazie alla loro forte coerenza, alla breve durata dell'impulso e all'elevata energia dei fotoni, e sono state utilizzate in vari studi spettrali e di imaging. Con il progresso tecnologico, questofonte di lucesi sta sviluppando verso frequenze di ripetizione più elevate, un flusso fotonico più elevato, una maggiore energia fotonica e una durata d'impulso più breve. Questo progresso non solo ottimizza la risoluzione di misurazione delle sorgenti di luce ultravioletta estrema, ma offre anche nuove possibilità per i futuri trend di sviluppo tecnologico. Pertanto, lo studio approfondito e la comprensione delle sorgenti di luce ultravioletta estrema ad alta frequenza di ripetizione sono di grande importanza per la padronanza e l'applicazione di tecnologie all'avanguardia.
Per le misurazioni di spettroscopia elettronica su scale temporali di femtosecondi e attosecondi, il numero di eventi misurati in un singolo fascio è spesso insufficiente, rendendo le sorgenti luminose a bassa frequenza di rifrazione insufficienti per ottenere statistiche affidabili. Allo stesso tempo, la sorgente luminosa a basso flusso di fotoni riduce il rapporto segnale/rumore dell'imaging microscopico durante il limitato tempo di esposizione. Attraverso continue esplorazioni ed esperimenti, i ricercatori hanno apportato numerosi miglioramenti nell'ottimizzazione della resa e nella progettazione della trasmissione della luce ultravioletta estrema ad alta frequenza di ripetizione. L'avanzata tecnologia di analisi spettrale, combinata con la sorgente luminosa ultravioletta estrema ad alta frequenza di ripetizione, è stata utilizzata per ottenere misurazioni ad alta precisione della struttura dei materiali e dei processi dinamici elettronici.
Le applicazioni di sorgenti di luce ultravioletta estrema, come le misurazioni di spettroscopia elettronica a risoluzione angolare (ARPES), richiedono un fascio di luce ultravioletta estrema per illuminare il campione. Gli elettroni sulla superficie del campione vengono eccitati allo stato continuo dalla luce ultravioletta estrema e l'energia cinetica e l'angolo di emissione dei fotoelettroni contengono le informazioni sulla struttura a bande del campione. L'analizzatore di elettroni con funzione di risoluzione angolare riceve i fotoelettroni irradiati e ottiene la struttura a bande in prossimità della banda di valenza del campione. Per una sorgente di luce ultravioletta estrema a bassa frequenza di ripetizione, poiché il suo singolo impulso contiene un gran numero di fotoni, ecciterà un gran numero di fotoelettroni sulla superficie del campione in breve tempo e l'interazione di Coulomb provocherà un significativo ampliamento della distribuzione dell'energia cinetica dei fotoelettroni, chiamato effetto di carica spaziale. Per ridurre l'influenza dell'effetto di carica spaziale, è necessario ridurre i fotoelettroni contenuti in ciascun impulso mantenendo costante il flusso di fotoni, quindi è necessario pilotare illasercon elevata frequenza di ripetizione per produrre una sorgente di luce ultravioletta estrema con elevata frequenza di ripetizione.
La tecnologia della cavità a risonanza migliorata realizza la generazione di armoniche di ordine elevato alla frequenza di ripetizione MHz
Per ottenere una sorgente di luce ultravioletta estrema con una frequenza di ripetizione fino a 60 MHz, il team Jones dell'Università della British Columbia nel Regno Unito ha eseguito la generazione di armoniche di ordine elevato in una cavità di amplificazione della risonanza a femtosecondi (fsEC) per ottenere una sorgente di luce ultravioletta estrema pratica e l'ha applicata a esperimenti di spettroscopia elettronica angolare risolta nel tempo (Tr-ARPES). La sorgente di luce è in grado di erogare un flusso di fotoni di oltre 1011 numeri di fotoni al secondo con una singola armonica a una frequenza di ripetizione di 60 MHz nell'intervallo di energia da 8 a 40 eV. Hanno utilizzato un sistema laser a fibra drogato con itterbio come sorgente seed per fsEC e hanno controllato le caratteristiche dell'impulso attraverso un design personalizzato del sistema laser per ridurre al minimo il rumore della frequenza di offset dell'inviluppo della portante (fCEO) e mantenere buone caratteristiche di compressione dell'impulso alla fine della catena di amplificazione. Per ottenere un miglioramento stabile della risonanza all'interno del fsEC, vengono utilizzati tre circuiti di controllo servo per il controllo di feedback, con conseguente stabilizzazione attiva a due gradi di libertà: il tempo di andata e ritorno del ciclo dell'impulso all'interno del fsEC corrisponde al periodo dell'impulso laser e allo sfasamento del portatore del campo elettrico rispetto all'inviluppo dell'impulso (ovvero, fase dell'inviluppo del portatore, ϕCEO).
Utilizzando il gas kripton come gas di lavoro, il team di ricerca ha ottenuto la generazione di armoniche di ordine superiore in fsEC. Hanno eseguito misurazioni Tr-ARPES sulla grafite e osservato una rapida termiazione e la successiva lenta ricombinazione di popolazioni di elettroni non termicamente eccitati, nonché la dinamica di stati non termicamente eccitati direttamente in prossimità del livello di Fermi, superiore a 0,6 eV. Questa sorgente luminosa fornisce uno strumento importante per lo studio della struttura elettronica di materiali complessi. Tuttavia, la generazione di armoniche di ordine superiore in fsEC richiede requisiti molto elevati in termini di riflettività, compensazione della dispersione, regolazione fine della lunghezza della cavità e aggancio della sincronizzazione, che influenzeranno notevolmente il multiplo di potenziamento della cavità con risonanza. Allo stesso tempo, anche la risposta di fase non lineare del plasma nel punto focale della cavità rappresenta una sfida. Pertanto, al momento, questo tipo di sorgente luminosa non è diventata la sorgente luminosa principale nell'ultravioletto estremo.sorgente luminosa ad alta armonica.
Data di pubblicazione: 29 aprile 2024