Përparimet në teknologjinë e burimeve ekstreme të dritës ultravjollcë

Përparon në ultravjollcë ekstremeteknologjia e burimit të dritës

Vitet e fundit, burimet ekstreme ultravjollcë me harmoni të lartë kanë tërhequr vëmendje të gjerë në fushën e dinamikës së elektroneve për shkak të koherencës së tyre të fortë, kohëzgjatjes së shkurtër të pulsit dhe energjisë së lartë të fotonit, dhe janë përdorur në studime të ndryshme spektrale dhe imazherike. Me avancimin e teknologjisë, kjoburim dritepo zhvillohet drejt frekuencës më të lartë të përsëritjes, fluksit më të lartë të fotonit, energjisë më të lartë të fotonit dhe gjerësisë më të shkurtër të pulsit. Ky përparim jo vetëm që optimizon rezolucionin e matjes së burimeve ekstreme të dritës ultravjollcë, por gjithashtu ofron mundësi të reja për tendencat e ardhshme të zhvillimit teknologjik. Prandaj, studimi i thelluar dhe kuptimi i burimit të dritës ekstreme ultravjollcë me frekuencë të lartë të përsëritjes ka një rëndësi të madhe për zotërimin dhe aplikimin e teknologjisë së fundit.

Për matjet e spektroskopisë elektronike në shkallët kohore femtosekondë dhe attosekondë, numri i ngjarjeve të matura në një rreze të vetme është shpesh i pamjaftueshëm, duke i bërë burimet e dritës me frekuencë të ulët të pamjaftueshme për të marrë statistika të besueshme. Në të njëjtën kohë, burimi i dritës me fluks të ulët fotonish do të zvogëlojë raportin sinjal-zhurmë të imazhit mikroskopik gjatë kohës së kufizuar të ekspozimit. Nëpërmjet eksplorimeve dhe eksperimenteve të vazhdueshme, studiuesit kanë bërë shumë përmirësime në optimizimin e rendimentit dhe dizajnin e transmetimit të dritës ultravjollcë ekstreme me frekuencë të lartë të përsëritjes. Teknologjia e avancuar e analizës spektrale e kombinuar me burimin e dritës ekstreme ultravjollcë me frekuencë të lartë të përsëritjes është përdorur për të arritur matjen me saktësi të lartë të strukturës së materialit dhe procesit dinamik elektronik.

Aplikimet e burimeve ekstreme të dritës ultravjollcë, të tilla si matjet e spektroskopisë elektronike të zgjidhshme këndore (ARPES), kërkojnë një rreze drite ultravjollcë ekstreme për të ndriçuar kampionin. Elektronet në sipërfaqen e kampionit ngacmohen në gjendjen e vazhdueshme nga drita ultravjollcë ekstreme, dhe energjia kinetike dhe këndi i emetimit të fotoelektroneve përmbajnë informacionin e strukturës së brezit të kampionit. Analizatori i elektroneve me funksion të rezolucionit këndor merr fotoelektronet e rrezatuara dhe merr strukturën e brezit pranë brezit të valencës së kampionit. Për burimin ekstrem ultravjollcë me frekuencë të ulët të përsëritjes, për shkak se pulsi i tij i vetëm përmban një numër të madh fotonesh, ai do të ngacmojë një numër të madh fotoelektronesh në sipërfaqen e kampionit në një kohë të shkurtër dhe ndërveprimi Kulomb do të sjellë një zgjerim serioz të shpërndarjes e energjisë kinetike të fotoelektronit, e cila quhet efekti i ngarkesës hapësinore. Për të reduktuar ndikimin e efektit të ngarkesës hapësinore, është e nevojshme të zvogëlohen fotoelektronet që përmbahen në secilin puls duke ruajtur fluksin konstant të fotonit, kështu që është e nevojshme të drejtonilazerme frekuencë të lartë përsëritjeje për të prodhuar burimin ekstrem të dritës ultravjollcë me frekuencë të lartë përsëritjeje.

Teknologjia e zgavrës së zgjeruar me rezonancë realizon gjenerimin e harmonikëve të rendit të lartë në frekuencën e përsëritjes MHz
Për të marrë një burim drite ultravjollcë ekstreme me një shpejtësi përsëritjeje deri në 60 MHz, ekipi i Jones në Universitetin e Kolumbisë Britanike në Mbretërinë e Bashkuar kryen gjenerim harmonik të rendit të lartë në një zgavër të rritjes së rezonancës femtosekonda (fsEC) për të arritur një praktikë praktike. burim drite ultravjollcë ekstreme dhe e aplikoi atë në eksperimentet e spektroskopisë elektronike me zgjidhje këndore (Tr-ARPES) me zgjidhje me kohë. Burimi i dritës është i aftë të japë një fluks fotonish prej më shumë se 1011 numra foton në sekondë me një harmonik të vetëm me një shpejtësi përsëritjeje prej 60 MHz në intervalin e energjisë nga 8 deri në 40 eV. Ata përdorën një sistem lazeri me fibra të dopuar me yterbium si një burim fillestar për fsEC dhe kontrolluan karakteristikat e pulsit përmes një dizajni të personalizuar të sistemit lazer për të minimizuar zhurmën e kompensimit të frekuencës së mbështjelljes së mbështjellësit (fCEO) dhe për të ruajtur karakteristikat e mira të kompresimit të pulsit në fund të zinxhirit të amplifikatorit. Për të arritur një përmirësim të qëndrueshëm të rezonancës brenda fsEC, ata përdorin tre unaza kontrolli servo për kontrollin e reagimit, duke rezultuar në stabilizim aktiv në dy shkallë lirie: koha e udhëtimit vajtje-ardhje e ciklimit të pulsit brenda fsEC përputhet me periudhën e pulsit të lazerit dhe zhvendosjen e fazës të bartësit të fushës elektrike në lidhje me mbështjellësin e pulsit (dmth., faza e mbështjellësit të bartësit, ϕCEO).

Duke përdorur gazin kripton si gaz pune, ekipi hulumtues arriti gjenerimin e harmonikëve të rendit më të lartë në fsEC. Ata kryen matjet Tr-ARPES të grafitit dhe vëzhguan termiacion të shpejtë dhe rikombinim të ngadaltë pasues të popullatave të elektroneve jo të ngacmuara termikisht, si dhe dinamikën e gjendjeve jo të ngacmuara drejtpërdrejt termikisht pranë nivelit Fermi mbi 0.6 eV. Ky burim drite ofron një mjet të rëndësishëm për studimin e strukturës elektronike të materialeve komplekse. Megjithatë, gjenerimi i harmonikëve të rendit të lartë në fsEC ka kërkesa shumë të larta për reflektim, kompensim dispersioni, rregullim të imët të gjatësisë së zgavrës dhe bllokim të sinkronizimit, gjë që do të ndikojë shumë në shumëfishin e rritjes së zgavrës së zgjeruar me rezonancë. Në të njëjtën kohë, përgjigja fazore jolineare e plazmës në pikën qendrore të zgavrës është gjithashtu një sfidë. Prandaj, aktualisht, ky lloj burimi drite nuk është bërë ultravjollcë ekstreme e zakonshmeburim drite me harmoni të lartë.