Fremskridt inden for ekstrem ultravioletlyskildeteknologi
I de senere år har ekstreme ultraviolette højharmoniske kilder tiltrukket sig bred opmærksomhed inden for elektrondynamik på grund af deres stærke sammenhæng, korte pulsvarighed og høje fotonenergi, og er blevet brugt i forskellige spektral- og billeddannelsesundersøgelser.Med den teknologiske udvikling, dettelyskildeudvikler sig mod højere gentagelsesfrekvens, højere fotonflux, højere fotonenergi og kortere pulsbredde.Dette fremskridt optimerer ikke kun måleopløsningen af ekstreme ultraviolette lyskilder, men giver også nye muligheder for fremtidige teknologiske udviklingstendenser.Derfor er den dybdegående undersøgelse og forståelse af ekstrem ultraviolet lyskilde med høj gentagelsesfrekvens af stor betydning for at mestre og anvende banebrydende teknologi.
Til elektronspektroskopimålinger på femtosekund- og attosekundtidsskalaer er antallet af hændelser målt i en enkelt stråle ofte utilstrækkeligt, hvilket gør lavfrekvente lyskilder utilstrækkelige til at opnå pålidelig statistik.Samtidig vil lyskilden med lav fotonflux reducere signal-til-støj-forholdet for mikroskopisk billeddannelse i den begrænsede eksponeringstid.Gennem kontinuerlig udforskning og eksperimenter har forskere foretaget mange forbedringer i udbytteoptimering og transmissionsdesign af ekstremt ultraviolet lys med høj gentagelsesfrekvens.Den avancerede spektralanalyseteknologi kombineret med den ekstreme ultraviolette lyskilde med høj gentagelsesfrekvens er blevet brugt til at opnå høj præcisionsmåling af materialestruktur og elektronisk dynamisk proces.
Anvendelser af ekstreme ultraviolette lyskilder, såsom vinkelopløst elektronspektroskopi (ARPES) målinger, kræver en stråle af ekstremt ultraviolet lys for at belyse prøven.Elektronerne på overfladen af prøven exciteres til den kontinuerlige tilstand af det ekstreme ultraviolette lys, og fotoelektronernes kinetiske energi og emissionsvinkel indeholder båndstrukturinformationen for prøven.Elektronanalysatoren med vinkelopløsningsfunktion modtager de udstrålede fotoelektroner og opnår båndstrukturen nær prøvens valensbånd.For ekstrem ultraviolet lyskilde med lav gentagelsesfrekvens vil den, fordi dens enkelte puls indeholder et stort antal fotoner, excitere et stort antal fotoelektroner på prøveoverfladen på kort tid, og Coulomb-interaktionen vil medføre en alvorlig udvidelse af fordelingen af fotoelektron kinetisk energi, som kaldes rumladningseffekten.For at reducere indflydelsen af rumladningseffekten er det nødvendigt at reducere fotoelektronerne indeholdt i hver puls, mens den konstante fotonflux opretholdes, så det er nødvendigt at drivelasermed høj gentagelsesfrekvens for at producere den ekstreme ultraviolette lyskilde med høj gentagelsesfrekvens.
Resonansforstærket hulrumsteknologi realiserer genereringen af højordens harmoniske ved MHz-gentagelsesfrekvens
For at opnå en ekstrem ultraviolet lyskilde med en gentagelseshastighed på op til 60 MHz udførte Jones-teamet ved University of British Columbia i Det Forenede Kongerige højordens harmonisk generering i et femtosecond resonance enhancement cavity (fsEC) for at opnå en praktisk ekstrem ultraviolet lyskilde og anvendte den til tidsopløste vinkelopløste elektronspektroskopi (Tr-ARPES) eksperimenter.Lyskilden er i stand til at levere en fotonflux på mere end 1011 fotontal pr. sekund med en enkelt harmonisk ved en gentagelseshastighed på 60 MHz i energiområdet fra 8 til 40 eV.De brugte et ytterbium-doteret fiberlasersystem som frøkilde for fsEC og kontrollerede pulskarakteristika gennem et tilpasset lasersystemdesign for at minimere carrier envelope offset frequency (fCEO) støj og opretholde gode pulskompressionsegenskaber i slutningen af forstærkerkæden.For at opnå en stabil resonansforbedring inden for fsEC'en bruger de tre servokontrolsløjfer til feedbackkontrol, hvilket resulterer i aktiv stabilisering ved to frihedsgrader: rundturstiden for pulscyklussen i fsEC'en matcher laserpulsperioden og faseforskydningen af den elektriske feltbærer i forhold til pulsindhylningen (dvs. bærebølgeindhylningsfasen, ϕCEO).
Ved at bruge kryptongas som arbejdsgas opnåede forskerholdet genereringen af højere ordens harmoniske i fsEC.De udførte Tr-ARPES-målinger af grafit og observerede hurtig opvarmning og efterfølgende langsom rekombination af ikke-termisk exciterede elektronpopulationer, såvel som dynamikken i ikke-termisk direkte exciterede tilstande nær Fermi-niveauet over 0,6 eV.Denne lyskilde giver et vigtigt værktøj til at studere den elektroniske struktur af komplekse materialer.Genereringen af højordens harmoniske i fsEC har dog meget høje krav til reflektivitet, spredningskompensation, finjustering af kavitetslængde og synkroniseringslåsning, hvilket i høj grad vil påvirke forstærkningsmultiplet af det resonansforstærkede hulrum.Samtidig er plasmaets ikke-lineære faserespons i hulrummets brændpunkt også en udfordring.Derfor er denne form for lyskilde på nuværende tidspunkt ikke blevet den almindelige ekstreme ultraviolettehøj harmonisk lyskilde.
Indlægstid: 29-apr-2024