Progressi nell'ultravioletto estremotecnologia delle sorgenti luminose
Negli ultimi anni, le sorgenti ad alta armonica dell'ultravioletto estremo hanno attirato ampia attenzione nel campo della dinamica degli elettroni 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 della tecnologia, questofonte di lucesi sta sviluppando verso una frequenza di ripetizione più elevata, un flusso di fotoni più elevato, un'energia fotonica più elevata e una larghezza di impulso più breve.Questo progresso non solo ottimizza la risoluzione di misurazione delle sorgenti di luce ultravioletta estrema, ma offre anche nuove possibilità per le future tendenze di sviluppo tecnologico.Pertanto, lo studio approfondito e la comprensione della sorgente di luce ultravioletta estrema ad alta frequenza di ripetizione sono di grande importanza per padroneggiare e applicare una tecnologia all'avanguardia.
Per le misurazioni della 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 insufficienti per ottenere statistiche affidabili.Allo stesso tempo, la sorgente luminosa con un basso flusso di fotoni ridurrà il rapporto segnale-rumore dell'imaging microscopico durante il tempo di esposizione limitato.Attraverso continue esplorazioni ed esperimenti, i ricercatori hanno apportato numerosi miglioramenti all'ottimizzazione della resa e alla progettazione della trasmissione della luce ultravioletta estrema ad alta frequenza di ripetizione.L'avanzata tecnologia di analisi spettrale combinata con la sorgente di luce ultravioletta estrema ad alta frequenza di ripetizione è stata utilizzata per ottenere misurazioni ad alta precisione della struttura del materiale e del processo dinamico elettronico.
Le applicazioni di sorgenti di luce ultravioletta estrema, come le misurazioni della spettroscopia elettronica a risoluzione angolare (ARPES), richiedono un raggio 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 della banda del campione.L'analizzatore di elettroni con funzione di risoluzione angolare riceve i fotoelettroni irradiati e ottiene la struttura a bande vicino alla banda di valenza del campione.Per la 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 determinerà un notevole ampliamento della distribuzione dell’energia cinetica del fotoelettrone, 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 alta frequenza di ripetizione per produrre la sorgente di luce ultravioletta estrema con alta frequenza di ripetizione.
La tecnologia della cavità potenziata dalla risonanza 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 di Jones dell'Università della British Columbia nel Regno Unito ha eseguito una generazione di armoniche di ordine elevato in una cavità di miglioramento della risonanza al femtosecondo (fsEC) per ottenere un risultato pratico. sorgente di luce ultravioletta estrema e l'ha applicata a esperimenti di spettroscopia elettronica angolare risolta in tempo (Tr-ARPES).La sorgente luminosa è in grado di fornire un flusso di fotoni di oltre 1011 numeri di fotoni al secondo con una singola armonica con una velocità di ripetizione di 60 MHz nell'intervallo di energia compreso tra 8 e 40 eV.Hanno utilizzato un sistema laser a fibra drogata con itterbio come sorgente iniziale 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 portante (fCEO) e mantenere buone caratteristiche di compressione dell'impulso all'estremità della catena dell'amplificatore.Per ottenere un miglioramento stabile della risonanza all'interno del fsEC, utilizzano tre cicli di servocontrollo per il controllo del 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 portante del campo elettrico rispetto all'inviluppo dell'impulso (cioè fase dell'inviluppo del portatore, ϕCEO).
Utilizzando il gas krypton come gas di lavoro, il gruppo di ricerca è riuscito a generare armoniche di ordine superiore in fsEC.Hanno eseguito misurazioni Tr-ARPES della grafite e osservato la rapida termizzazione e la successiva lenta ricombinazione di popolazioni di elettroni non eccitati termicamente, nonché la dinamica degli stati non eccitati direttamente termicamente vicino al livello di Fermi superiore a 0,6 eV.Questa sorgente luminosa fornisce uno strumento importante per studiare la struttura elettronica di materiali complessi.Tuttavia, la generazione di armoniche di ordine elevato in fsEC ha requisiti molto elevati di riflettività, compensazione della dispersione, regolazione fine della lunghezza della cavità e bloccaggio della sincronizzazione, che influenzeranno notevolmente il multiplo di miglioramento della cavità potenziata dalla 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 l'ultravioletto estremo tradizionalesorgente luminosa ad alta armonica.
Orario di pubblicazione: 29 aprile 2024