Framsteg i extremt ultraviolettljuskällteknologi
Under de senaste åren har extrema ultravioletta höga harmoniska källor väckt stor uppmärksamhet inom området elektrondynamik på grund av deras starka sammanhållning, kort pulsvaraktighet och hög fotonenergi och har använts i olika spektrala och avbildningsstudier. Med teknikens framsteg, dettaljuskällautvecklas mot högre repetitionsfrekvens, högre fotonflöde, högre fotonenergi och kortare pulsbredd. Detta framsteg optimerar inte bara mätupplösningen av extrema ultravioletta ljuskällor, utan ger också nya möjligheter för framtida teknologiska utvecklingstrender. Därför är den djupgående studien och förståelsen av hög repetitionsfrekvens extrem ultraviolett ljuskälla av stor betydelse för att behärska och tillämpa banbrytande teknik.
För elektronspektroskopimätningar på femtosekund- och attosekund tidsskalor är antalet händelser uppmätta i en enda stråle ofta otillräcklig, vilket gör låga refrequency -ljuskällor otillräckligt för att få tillförlitlig statistik. Samtidigt kommer ljuskällan med lågt fotonflöde att minska signal-till-brusförhållandet för mikroskopisk avbildning under den begränsade exponeringstiden. Genom kontinuerlig utforskning och experiment har forskare gjort många förbättringar i utbytesoptimering och överföring av hög repetitionsfrekvens extremt ultraviolett ljus. Den avancerade spektralanalysstekniken i kombination med den höga repetitionsfrekvensen Extreme Ultraviolet Light Source har använts för att uppnå den höga precisionsmätningen av materialstruktur och elektronisk dynamisk process.
Tillämpningar av extrema ultravioletta ljuskällor, såsom vinkellösad elektronspektroskopi (ARPES) -mätningar, kräver en stråle av extremt ultraviolett ljus för att belysa provet. Elektronerna på ytan av provet är upphetsade till det kontinuerliga tillståndet av det extrema ultravioletta ljuset, och den kinetiska energi- och emissionsvinkeln för fotoelektronerna innehåller bandstrukturinformationen för provet. Elektronanalysatorn med vinkelupplösningsfunktion får de utstrålade fotoelektronerna och erhåller bandstrukturen nära provets valensband. För låg repetitionsfrekvens extremt ultraviolett ljuskälla, eftersom dess enstaka puls innehåller ett stort antal fotoner, kommer det att väcka ett stort antal fotoelektroner på provytan på kort tid, och Coulomb -interaktionen kommer att åstadkomma en allvarlig breddning av fördelningen av fotoelektronkinetisk energi, som kallas rymdladdningseffekten. För att minska påverkan av rymdladdningseffekt är det nödvändigt att minska fotoelektronerna i varje puls samtidigt som det konstant fotonflödet bibehålls, så det är nödvändigt att drivalasermed hög repetitionsfrekvens för att producera den extrema ultravioletta ljuskällan med hög repetitionsfrekvens.
Resonansförbättrad kavitetsteknologi inser genereringen av högordning harmonik vid MHz repetitionsfrekvens
In order to obtain an extreme ultraviolet light source with a repetition rate of up to 60 MHz, the Jones team at the University of British Columbia in the United Kingdom performed high order harmonic generation in a femtosecond resonance enhancement cavity (fsEC) to achieve a practical extreme ultraviolet light source and applied it to time-resolved angular resolved electron spectroscopy (Tr-ARPES) experiments. Ljuskällan kan leverera ett fotonflöde på mer än 1011 fotonantal per sekund med en enda harmonisk med en repetitionshastighet på 60 MHz i energiområdet 8 till 40 eV. De använde ett Ytterbium-dopat fiberlasersystem som en frökälla för FSEC, och kontrollerade pulsegenskaper genom en anpassad lasersystemdesign för att minimera bärarens kuvertoffsetfrekvens (FCEO) brus och upprätthålla goda pulskomprimeringsegenskaper i slutet av förstärkarkedjan. För att uppnå stabil resonansförbättring inom FSEC använder de tre servokontrollslingor för återkopplingskontroll, vilket resulterar i aktiv stabilisering vid två frihetsgrader: den runda resetiden för pulscyklingen inom FSEC matchar laserpulsen och fasförskjutningen av den elektriska fältbäraren med avseende på pulshöljet (ie, bärarens fas, inklu.
Genom att använda Krypton-gas som arbetsgas uppnådde forskargruppen genereringen av högre ordning harmonier i FSEC. De utförde TR-Arpes-mätningar av grafit och observerade snabb termiering och efterföljande långsam rekombination av icke-termiskt upphetsade elektronpopulationer, liksom dynamiken i icke-termiskt direkt upphetsade tillstånd nära Fermi-nivån över 0,6 eV. Denna ljuskälla ger ett viktigt verktyg för att studera den elektroniska strukturen för komplexa material. Genereringen av högordning harmonier i FSEC har emellertid mycket höga krav på reflektionsförmåga, spridningskompensation, finjustering av kavitetslängd och synkroniseringslåsning, vilket kommer att påverka förbättringsmultipeln i den resonansförstärkande kaviteten i hög grad. Samtidigt är det olinjära fasresponsen från plasma vid hålrumets samlingspunkt också en utmaning. Därför har denna typ av ljuskälla inte blivit den mainstream extrema ultraviolettahög harmonisk ljuskälla.
Inlägg: apr-29-2024