Avanços na radiação ultravioleta extrematecnologia de fonte de luz
Nos últimos anos, fontes de alta harmônica ultravioleta extrema têm atraído grande atenção no campo da dinâmica eletrônica devido à sua forte coerência, curta duração de pulso e alta energia de fótons, e têm sido utilizadas em diversos estudos espectrais e de imagem. Com o avanço da tecnologia, issofonte de luzestá evoluindo para frequências de repetição mais altas, maior fluxo de fótons, maior energia de fótons e menor largura de pulso. Este 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 com 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 femtossegundos e attossegundos, o número de eventos medidos em um único feixe é frequentemente insuficiente, tornando as fontes de luz de baixa frequência insuficientes para a obtenção de 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 limitado de exposição. Por meio de exploração e experimentos contínuos, pesquisadores realizaram diversas melhorias na otimização do rendimento e no projeto de transmissão de 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 obter medições de alta precisão da estrutura do material e do processo dinâmico eletrônico.
Aplicações de fontes de luz ultravioleta extrema, como medições de espectroscopia eletrônica de 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 as informações da estrutura de banda da amostra. O analisador de elétrons com função de resolução angular recebe os fotoelétrons irradiados e obtém a estrutura de banda próxima à banda de valência da amostra. Para uma fonte de luz ultravioleta extrema de baixa frequência de repetição, como seu pulso único contém um grande número de fótons, ela excitará um grande número de fotoelétrons na superfície da amostra em um curto período de tempo, e a interação de Coulomb causará um alargamento significativo da distribuição da energia cinética dos fotoelétrons, o que é chamado de efeito de carga espacial. Para reduzir a influência do efeito de carga espacial, é necessário reduzir os fotoelétrons contidos em cada pulso, mantendo o fluxo de fótons constante, portanto, 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
Para obter uma fonte de luz ultravioleta extrema com uma taxa de repetição de até 60 MHz, a equipe de Jones na Universidade da Colúmbia Britânica, no Reino Unido, realizou geração de harmônicos de alta ordem em uma cavidade de aprimoramento de ressonância de femtossegundos (fsEC) para obter uma fonte de luz ultravioleta extrema prática e aplicou-a a experimentos de espectroscopia eletrônica de resolução angular com resolução temporal (Tr-ARPES). A fonte de luz é capaz de fornecer um fluxo de fótons de mais de 1011 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 semente para fsEC e controlaram as características do 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 atingir um aumento de ressonância estável 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 ida e volta do ciclo de pulso dentro do fsEC corresponde ao período do pulso do laser e à mudança de fase da portadora do campo elétrico em relação ao envelope do pulso (ou seja, fase do envelope da portadora, ϕCEO).
Utilizando gás criptônio como gás de trabalho, a equipe de pesquisa conseguiu gerar harmônicos de ordem superior em fsEC. Eles realizaram medições Tr-ARPES de grafite e observaram a rápida termiação e a subsequente recombinação lenta de populações de elétrons não excitadas termicamente, bem como a dinâmica de estados não excitados diretamente 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 ordem superior em fsEC possui requisitos muito elevados de refletividade, compensação de dispersão, ajuste fino do comprimento da cavidade e bloqueio de sincronização, o que afetará significativamente o múltiplo de realce da cavidade intensificada por ressonância. 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 não se tornou a principal fonte de luz ultravioleta extrema.fonte de luz de alta harmônica.
Horário da publicação: 29/04/2024