Fremskritt i ekstrem ultrafiolett lyskildeteknologi

Fremskritt i ekstrem ultrafiolettLyskildeteknologi

De siste årene har ekstreme ultrafiolette høye harmoniske kilder vekket stor oppmerksomhet innen elektrondynamikk på grunn av deres sterke sammenheng, kortpulsvarighet og høy fotonenergi, og har blitt brukt i forskjellige spektrale og avbildningsstudier. Med teknologiens fremme, dettelyskildeutvikler seg mot høyere repetisjonsfrekvens, høyere fotonfluks, høyere fotonenergi og kortere pulsbredde. Dette fremskritt optimaliserer ikke bare måleoppløsningen av ekstreme ultrafiolette lyskilder, men gir også nye muligheter for fremtidige teknologiske utviklingstrender. Derfor er den dyptgående studien og forståelsen av høy repetisjonsfrekvens ekstrem ultrafiolett lyskilde av stor betydning for å mestre og anvende nyskapende teknologi.

For målinger av elektronspektroskopi på femtosecond og attosekund tidsskalaer, er antall hendelser som er målt i en enkelt bjelke ofte utilstrekkelig, noe som gjør lav refrequency lyskilder utilstrekkelig for å oppnå pålitelig statistikk. Samtidig vil lyskilden med lav fotonfluks redusere signal-til-støy-forholdet mellom mikroskopisk avbildning i løpet av den begrensede eksponeringstiden. Gjennom kontinuerlig utforskning og eksperimenter har forskere gjort mange forbedringer i avkastningsoptimaliseringen og overføringsdesign av høy repetisjonsfrekvens ekstrem ultrafiolett lys. Den avanserte spektralanalyseteknologien kombinert med den høye repetisjonsfrekvensen ekstrem ultrafiolett lyskilde har blitt brukt for å oppnå høy presisjonsmåling av materialstruktur og elektronisk dynamisk prosess.

Bruksområder av ekstreme ultrafiolette lyskilder, for eksempel vinkeloppløste elektronspektroskopi (ARPES) målinger, krever en stråle av ekstrem ultrafiolett lys for å belyse prøven. Elektronene på overflaten av prøven er begeistret for kontinuerlig tilstand av det ekstreme ultrafiolette lyset, og den kinetiske energien og utslippsvinkelen til fotoelektronene inneholder båndstrukturinformasjonen til prøven. Elektronanalysatoren med vinkeloppløsningsfunksjon mottar de utstrålte fotoelektronene og oppnår båndstrukturen nær valensbåndet til prøven. For lav repetisjonsfrekvens ekstrem ultrafiolett lyskilde, fordi dens enkeltpuls inneholder et stort antall fotoner, vil den begeistre et stort antall fotoelektroner på prøveoverflaten på kort tid, og Coulomb -interaksjonen vil føre til en alvorlig utvidelse av fordelingen av fotoelektronkinetisk energi, som kalles romladningseffekten. For å redusere påvirkningen av romladningseffekten, er det nødvendig å redusere fotoelektronene som finnes i hver puls mens du opprettholder den konstante fotonfluksen, så det er nødvendig å drivelasermed høy repetisjonsfrekvens for å produsere den ekstreme ultrafiolette lyskilden med høy repetisjonsfrekvens.

Resonansforbedret hulromsteknologi innser generasjonen av harmonikker med høy orden ved MHz repetisjonsfrekvens
For å oppnå en ekstrem ultrafiolett lyskilde med en repetisjonshastighet på opptil 60 MHz, utførte Jones-teamet ved University of British Columbia i Storbritannia High Order Harmonic Generation i et forbedring av en praktisk ekstremt lysskilde og anvendt for å oppnå en praktisk ekstremt elektrisk spektor og anvendt den for å oppnå en praktisk ekstremt elektrisk spektrososk og anvendt. (TR-Arpes) Eksperimenter. Lyskilden er i stand til å levere en fotonfluks på mer enn 1011 fotonnummer per sekund med en enkelt harmonisk med en repetisjonshastighet på 60 MHz i energiområdet 8 til 40 eV. De brukte et Ytterbium-dopet fiberlasersystem som en frøsilde for FSEC, og kontrollerte pulskarakteristikker gjennom en tilpasset lasersystemdesign for å minimere bærerkonvolutten forskyvningsfrekvens (FCEO) støy og opprettholde god pulskomprimeringsegenskaper ved slutten av den forsterkerkjeden. For å oppnå stabil resonansforbedring i FSEC, bruker de tre servo -kontrollløkker for tilbakemeldingskontroll, noe

Ved å bruke Krypton Gas som arbeidsgass, oppnådde forskerteamet generasjonen av harmonikk med høyere orden i FSEC. De utførte TR-Arpes-målinger av grafitt og observerte rask termiasjon og påfølgende langsom rekombinasjon av ikke-termisk eksiterte elektronpopulasjoner, så vel som dynamikken i ikke-termisk direkte eksiterte tilstander nær Fermi-nivået over 0,6 eV. Denne lyskilden gir et viktig verktøy for å studere den elektroniske strukturen til komplekse materialer. Imidlertid har generering av harmonikker med høy orden i FSEC svært høye krav til refleksjonsevne, spredningskompensasjon, fin justering av hulromslengde og synkroniseringslåsing, noe som vil påvirke forbedringsmultippelen av resonansforbedrede hulrom. Samtidig er også den ikke -lineære faseresponsen til plasmaet ved hulrommets samlingspunkt en utfordring. Derfor har denne typen lyskilder ikke blitt den mainstream ekstrem ultrafiolettHøy harmonisk lyskilde.