Mga pagsulong sa matinding ultraviolet light source na teknolohiya

Mga pagsulong sa matinding ultravioletteknolohiyang pinagmumulan ng liwanag

Sa mga nagdaang taon, ang matinding ultraviolet na mataas na harmonic na mapagkukunan ay nakakaakit ng malawak na atensyon sa larangan ng electron dynamics dahil sa kanilang malakas na pagkakaugnay, maikling tagal ng pulso at mataas na enerhiya ng photon, at ginamit sa iba't ibang mga pag-aaral ng spectral at imaging. Sa pag-unlad ng teknolohiya, itopinagmumulan ng liwanagay umuunlad patungo sa mas mataas na dalas ng pag-uulit, mas mataas na photon flux, mas mataas na enerhiya ng photon at mas maikling lapad ng pulso. Ang advance na ito ay hindi lamang nag-o-optimize sa pagsukat ng resolution ng matinding ultraviolet light na pinagmumulan, ngunit nagbibigay din ng mga bagong posibilidad para sa hinaharap na mga uso sa pag-unlad ng teknolohiya. Samakatuwid, ang malalim na pag-aaral at pag-unawa sa mataas na dalas ng pag-uulit na matinding ultraviolet light na pinagmumulan ay may malaking kahalagahan para sa pag-master at paglalapat ng makabagong teknolohiya.

Para sa mga pagsukat ng electron spectroscopy sa femtosecond at attosecond time scales, kadalasang hindi sapat ang bilang ng mga event na sinusukat sa isang beam, na ginagawang hindi sapat ang low requency light source para makakuha ng mga maaasahang istatistika. Kasabay nito, babawasan ng pinagmumulan ng liwanag na may mababang photon flux ang signal-to-noise ratio ng microscopic imaging sa panahon ng limitadong oras ng pagkakalantad. Sa pamamagitan ng patuloy na paggalugad at mga eksperimento, ang mga mananaliksik ay gumawa ng maraming mga pagpapabuti sa pag-optimize ng ani at disenyo ng paghahatid ng mataas na dalas ng pag-uulit na matinding ultraviolet na ilaw. Ang advanced na spectral analysis technology na sinamahan ng high repetition frequency extreme ultraviolet light source ay ginamit upang makamit ang mataas na katumpakan na pagsukat ng materyal na istraktura at electronic dynamic na proseso.

Ang mga aplikasyon ng matinding ultraviolet light na pinagmumulan, tulad ng angular resolved electron spectroscopy (ARPES) na mga sukat, ay nangangailangan ng sinag ng matinding ultraviolet light upang maipaliwanag ang sample. Ang mga electron sa ibabaw ng sample ay nasasabik sa tuluy-tuloy na estado sa pamamagitan ng matinding ultraviolet light, at ang kinetic energy at emission Angle ng mga photoelectron ay naglalaman ng impormasyon ng band structure ng sample. Ang electron analyzer na may Angle resolution function ay tumatanggap ng radiated photoelectrons at nakakakuha ng band structure malapit sa valence band ng sample. Para sa mababang dalas ng pag-uulit na matinding ultraviolet light source, dahil ang nag-iisang pulso nito ay naglalaman ng malaking bilang ng mga photon, ito ay magpapasigla ng malaking bilang ng mga photoelectron sa sample surface sa maikling panahon, at ang pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay magdadala ng malubhang pagpapalawak ng pamamahagi. ng photoelectron kinetic energy, na tinatawag na space charge effect. Upang mabawasan ang impluwensya ng space charge effect, kinakailangan na bawasan ang mga photoelectron na nakapaloob sa bawat pulso habang pinapanatili ang pare-parehong photon flux, kaya kinakailangan na himukin anglaserna may mataas na dalas ng pag-uulit upang makabuo ng matinding ultraviolet light source na may mataas na dalas ng pag-uulit.

Napagtatanto ng teknolohiya ng resonance na pinahusay na cavity ang pagbuo ng mga high order harmonic sa dalas ng pag-uulit ng MHz
Upang makakuha ng matinding ultraviolet light source na may rate ng pag-uulit na hanggang 60 MHz, ang Jones team sa University of British Columbia sa United Kingdom ay nagsagawa ng high order harmonic generation sa isang femtosecond resonance enhancement cavity (fsEC) upang makamit ang praktikal na matinding ultraviolet light source at inilapat ito sa time-resolved angular resolved electron spectroscopy (Tr-ARPES) na mga eksperimento. Ang pinagmumulan ng liwanag ay may kakayahang maghatid ng photon flux na higit sa 1011 photon number bawat segundo na may isang harmonic sa rate ng pag-uulit na 60 MHz sa hanay ng enerhiya na 8 hanggang 40 eV. Gumamit sila ng ytterbium-doped fiber laser system bilang seed source para sa fsEC, at kinokontrol ang mga katangian ng pulse sa pamamagitan ng customized na disenyo ng laser system para mabawasan ang ingay ng carrier envelope offset frequency (fCEO) at mapanatili ang magandang katangian ng pulse compression sa dulo ng amplifier chain. Para makamit ang stable resonance enhancement sa loob ng fsEC, gumagamit sila ng tatlong servo control loops para sa feedback control, na nagreresulta sa aktibong stabilization sa dalawang degree ng kalayaan: ang round trip time ng pulse cycling sa loob ng fsEC ay tumutugma sa laser pulse period, at ang phase shift ng electric field carrier na may kinalaman sa pulse envelope (ibig sabihin, carrier envelope phase, ϕCEO).

Sa pamamagitan ng paggamit ng krypton gas bilang gumaganang gas, nakamit ng pangkat ng pananaliksik ang pagbuo ng mga mas mataas na pagkakasunud-sunod na harmonika sa fsEC. Nagsagawa sila ng mga sukat ng Tr-ARPES ng grapayt at napagmasdan ang mabilis na pag-init at kasunod na mabagal na recombination ng mga di-thermally excited na populasyon ng electron, pati na rin ang dynamics ng mga non-thermally direktang excited na estado malapit sa antas ng Fermi sa itaas ng 0.6 eV. Ang ilaw na mapagkukunan na ito ay nagbibigay ng isang mahalagang tool para sa pag-aaral ng elektronikong istraktura ng mga kumplikadong materyales. Gayunpaman, ang pagbuo ng mga high order harmonic sa fsEC ay may napakataas na kinakailangan para sa reflectivity, dispersion compensation, fine adjustment ng cavity length at synchronization locking, na lubos na makakaapekto sa enhancement multiple ng resonance-enhanced na cavity. Kasabay nito, isang hamon din ang nonlinear phase response ng plasma sa focal point ng cavity. Samakatuwid, sa kasalukuyan, ang ganitong uri ng ilaw na pinagmumulan ay hindi naging pangunahing matinding ultravioletmataas na harmonic light source.