Avanços na tecnologia de fonte de luz ultravioleta extrema

Avanços no ultravioleta extremotecnologia de fonte de luz

Nos últimos anos, fontes ultravioleta extremas de alto harmônico têm atraído grande atenção no campo da dinâmica de elétrons devido à sua forte coerência, curta duração de pulso e alta energia de fótons, e têm sido usadas em vários estudos espectrais e de imagem. Com o avanço da tecnologia, estefonte de luzestá se desenvolvendo em direção a maior frequência de repetição, maior fluxo de fótons, maior energia de fótons e menor largura de pulso. Este avanço não só 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 aprofundado e a compreensão da fonte de luz ultravioleta extrema de alta frequência de repetição são de grande importância para o domínio e aplicação de tecnologia de ponta.

Para medições de espectroscopia eletrônica em escalas de tempo de femtossegundos e attossegundos, o número de eventos medidos em um único feixe é muitas vezes insuficiente, tornando as fontes de luz de baixa frequência insuficientes para obter estatísticas confiáveis. Ao mesmo tempo, a fonte de luz com baixo fluxo de fótons reduzirá a relação sinal-ruído da imagem microscópica durante o tempo de exposição limitado. Por meio de exploração e experimentos contínuos, os pesquisadores fizeram muitas melhorias na otimização do rendimento e no projeto de transmissão de luz ultravioleta extrema de alta frequência de repetição. A avançada tecnologia de análise espectral combinada com a fonte de luz ultravioleta extrema de alta frequência de repetição tem sido usada 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 resolvida 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 as informações da estrutura da banda 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 de baixa frequência de repetição, porque seu pulso único contém um grande número de fótons, ele excitará um grande número de fotoelétrons na superfície da amostra em um curto espaço de tempo, e a interação de Coulomb provocará um sério alargamento da distribuição da energia cinética do fotoelétron, que é chamada de efeito de carga espacial. Para reduzir a influência do efeito da carga espacial, é necessário reduzir os fotoelétrons contidos em cada pulso, mantendo o fluxo de fótons constante, por isso é necessário acionar olasercom alta frequência de repetição para produzir a fonte de luz ultravioleta extrema com alta frequência de repetição.

A tecnologia de cavidade aprimorada por ressonância realiza a geração de harmônicos de alta ordem na frequência de repetição de MHz
A fim de obter uma fonte de luz ultravioleta extrema com uma taxa de repetição de até 60 MHz, a equipe de Jones da Universidade de British Columbia, no Reino Unido, realizou geração de harmônicos de alta ordem em uma cavidade de aprimoramento de ressonância de femtosegundo (fsEC) para alcançar um resultado prático. fonte de luz ultravioleta extrema e aplicou-a em experimentos de espectroscopia eletrônica resolvida angular resolvida no tempo (Tr-ARPES). A fonte de luz é capaz de fornecer um fluxo de fótons de mais de 1.011 números de 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 usaram um sistema de laser de fibra dopado com itérbio como fonte de semente para fsEC e controlaram as características de pulso por meio de um projeto de sistema de laser personalizado para minimizar o ruído de frequência de deslocamento do envelope da portadora (fCEO) e manter boas características de compressão de pulso no final da cadeia do amplificador. Para obter um aprimoramento de ressonância estável dentro do fsEC, eles usam três loops de servocontrole para controle de feedback, resultando em estabilização ativa em dois graus de liberdade: o tempo de ida e volta do ciclo de pulso dentro do fsEC corresponde ao período do pulso do laser, e a mudança de fase da portadora do campo elétrico em relação ao envelope de pulso (isto é, fase do envelope da portadora, ϕCEO).

Ao usar o gás criptônio como gás de trabalho, a equipe de pesquisa conseguiu a geração de harmônicos de ordem superior no fsEC. Eles realizaram medições Tr-ARPES de grafite e observaram a rápida termiação e subsequente recombinação lenta de populações de elétrons não excitadas termicamente, bem como a dinâmica de estados não excitados diretamente termicamente perto do nível de Fermi acima de 0,6 eV. Esta 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 no fsEC possui requisitos muito elevados de refletividade, compensação de dispersão, ajuste fino do comprimento da cavidade e travamento de sincronização, o que afetará muito o múltiplo de aprimoramento da cavidade aprimorada por ressonância. Ao mesmo tempo, a resposta de fase não linear do plasma no ponto focal da cavidade também é um desafio. Portanto, atualmente, este tipo de fonte de luz não se tornou o ultravioleta extremo dominante.fonte de luz de alta harmônica.