Avanços no ultravioleta extremotecnologia de fonte de luz
Nos últimos anos, as fontes de harmônicos de alta ordem no ultravioleta extremo têm atraído grande atenção no campo da dinâmica eletrônica devido à sua forte coerência, curta duração de pulso e alta energia de fótons, sendo utilizadas em diversos estudos espectrais e de imagem. Com o avanço da tecnologia, issofonte de luzA tecnologia está evoluindo em direção a frequências de repetição mais altas, maior fluxo de fótons, maior energia de fótons e menor largura de pulso. Esse avanço não apenas otimiza a resolução de medição de fontes de luz ultravioleta extrema, mas também oferece novas possibilidades para futuras tendências de desenvolvimento tecnológico. Portanto, o estudo e a compreensão aprofundados de fontes de luz ultravioleta extrema de alta frequência de repetição são de grande importância para o domínio e a aplicação de tecnologias de ponta.
Para medições de espectroscopia eletrônica em escalas de tempo de femtosegundos e attosegundos, o número de eventos medidos em um único feixe é frequentemente insuficiente, tornando as fontes de luz de baixa frequência inadequadas para a obtenção de estatísticas confiáveis. Ao mesmo tempo, a fonte de luz com baixo fluxo de fótons reduz a relação sinal-ruído da imagem microscópica durante o tempo de exposição limitado. Através de exploração e experimentação contínuas, pesquisadores realizaram muitas melhorias na otimização do rendimento e no projeto de transmissão da luz ultravioleta extrema de alta frequência de repetição. A tecnologia avançada de análise espectral, combinada com a fonte de luz ultravioleta extrema de alta frequência de repetição, tem sido utilizada para alcançar a medição de alta precisão da estrutura do material e do processo dinâmico eletrônico.
Aplicações de fontes de luz ultravioleta extrema, como medições de espectroscopia eletrônica com resolução angular (ARPES), requerem um feixe de luz ultravioleta extrema para iluminar a amostra. Os elétrons na superfície da amostra são excitados para o estado contínuo pela luz ultravioleta extrema, e a energia cinética e o ângulo de emissão dos fotoelétrons contêm informações sobre a estrutura de bandas da amostra. O analisador de elétrons com função de resolução angular recebe os fotoelétrons irradiados e obtém a estrutura de bandas próxima à banda de valência da amostra. Para fontes de luz ultravioleta extrema com baixa frequência de repetição, como cada pulso contém um grande número de fótons, um grande número de fotoelétrons é excitado na superfície da amostra em um curto período de tempo, e a interação Coulombiana causa um alargamento significativo na distribuição da energia cinética dos fotoelétrons, conhecido como efeito de carga espacial. Para reduzir a influência do efeito de carga espacial, é necessário diminuir o número de fotoelétrons contidos em cada pulso, mantendo o fluxo de fótons constante; portanto, é necessário acionar o feixe de elétrons.laserCom alta frequência de repetição para produzir a fonte de luz ultravioleta extrema com alta frequência de repetição.
A tecnologia de cavidade ressonante aprimorada permite a geração de harmônicos de alta ordem com frequência de repetição em MHz.
Para obter uma fonte de luz ultravioleta extrema com uma taxa de repetição de até 60 MHz, a equipe de Jones, da Universidade da Colúmbia Britânica, no Reino Unido, realizou a geração de harmônicos de alta ordem em uma cavidade de ressonância de femtosegundo (fsEC) para alcançar uma fonte de luz ultravioleta extrema prática e a aplicou em experimentos de espectroscopia eletrônica com resolução temporal e angular (Tr-ARPES). A fonte de luz é capaz de fornecer um fluxo de fótons superior a 10¹¹ fótons por segundo com um único harmônico a uma taxa de repetição de 60 MHz na faixa de energia de 8 a 40 eV. Eles utilizaram um sistema de laser de fibra dopada com itérbio como fonte de semente para a fsEC e controlaram as características do pulso por meio de um projeto de sistema de laser personalizado para minimizar o ruído de deslocamento de frequência do envelope da portadora (fCEO) e manter boas características de compressão de pulso no final da cadeia de amplificação. Para alcançar um aumento estável da ressonância dentro do fsEC, eles usam três circuitos de controle servo para controle de feedback, resultando em estabilização ativa em dois graus de liberdade: o tempo de percurso de ida e volta do pulso ciclando dentro do fsEC corresponde ao período do pulso de laser, e a defasagem da portadora do campo elétrico em relação ao envelope do pulso (ou seja, a fase do envelope da portadora, ϕCEO).
Utilizando gás criptônio como gás de trabalho, a equipe de pesquisa conseguiu gerar harmônicos de ordem superior em uma cavidade ressonante de femtosegundo (fsEC). Eles realizaram medições de espectroscopia de fotoemissão com resolução angular transiente (Tr-ARPES) em grafite e observaram a rápida termiação e a subsequente recombinação lenta de populações de elétrons não termicamente excitados, bem como a dinâmica de estados diretamente excitados não termicamente próximos ao nível de Fermi acima de 0,6 eV. Essa fonte de luz fornece uma ferramenta importante para o estudo da estrutura eletrônica de materiais complexos. No entanto, a geração de harmônicos de alta ordem em fsEC impõe requisitos muito elevados de refletividade, compensação de dispersão, ajuste fino do comprimento da cavidade e sincronização, o que afetará significativamente o fator de amplificação da cavidade ressonante. Ao mesmo tempo, a resposta de fase não linear do plasma no ponto focal da cavidade também representa um desafio. Portanto, atualmente, esse tipo de fonte de luz ainda não se tornou a principal fonte de luz ultravioleta extrema.fonte de luz harmônica alta.
Data da publicação: 29/04/2024