Tiến bộ trong tia cực tímcông nghệ nguồn sáng
Trong những năm gần đây, các nguồn sóng hài cực tím cao đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực động lực học điện tử do tính kết hợp mạnh, thời gian xung ngắn và năng lượng photon cao, và đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu quang phổ và hình ảnh. Với sự tiến bộ của công nghệ, điều nàynguồn sángđang phát triển theo hướng tần số lặp lại cao hơn, thông lượng photon cao hơn, năng lượng photon cao hơn và độ rộng xung ngắn hơn. Sự tiến bộ này không chỉ tối ưu hóa độ phân giải đo lường của nguồn sáng cực tím cực tím mà còn mở ra những triển vọng mới cho các xu hướng phát triển công nghệ trong tương lai. Do đó, việc nghiên cứu sâu và hiểu biết về nguồn sáng cực tím cực tím tần số lặp lại cao có ý nghĩa to lớn trong việc làm chủ và ứng dụng công nghệ tiên tiến.
Đối với các phép đo quang phổ điện tử ở thang thời gian femto giây và atto giây, số lượng sự kiện đo được trong một chùm tia đơn lẻ thường không đủ, khiến các nguồn sáng có tần số tái tạo thấp không đủ để thu được số liệu thống kê đáng tin cậy. Đồng thời, nguồn sáng có thông lượng photon thấp sẽ làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của hình ảnh hiển vi trong thời gian phơi sáng hạn chế. Thông qua các nghiên cứu và thử nghiệm liên tục, các nhà nghiên cứu đã có nhiều cải tiến trong việc tối ưu hóa năng suất và thiết kế truyền dẫn của ánh sáng cực tím tần số lặp lại cao. Công nghệ phân tích quang phổ tiên tiến kết hợp với nguồn sáng cực tím tần số lặp lại cao đã được sử dụng để đạt được độ chính xác cao trong phép đo cấu trúc vật liệu và quá trình động lực học điện tử.
Ứng dụng của nguồn sáng cực tím, chẳng hạn như phép đo quang phổ điện tử phân giải góc (ARPES), đòi hỏi một chùm tia cực tím cực tím để chiếu sáng mẫu. Các electron trên bề mặt mẫu được kích thích đến trạng thái liên tục bởi ánh sáng cực tím cực tím, và động năng cùng góc phát xạ của các quang điện tử chứa thông tin về cấu trúc dải của mẫu. Máy phân tích điện tử với chức năng phân giải góc sẽ nhận các quang điện tử được bức xạ và thu được cấu trúc dải gần dải hóa trị của mẫu. Đối với nguồn sáng cực tím cực tím tần số lặp lại thấp, do xung đơn của nó chứa một lượng lớn photon, nó sẽ kích thích một lượng lớn quang điện tử trên bề mặt mẫu trong thời gian ngắn, và tương tác Coulomb sẽ làm mở rộng đáng kể sự phân bố động năng quang điện tử, được gọi là hiệu ứng điện tích không gian. Để giảm ảnh hưởng của hiệu ứng điện tích không gian, cần phải giảm số lượng quang điện tử chứa trong mỗi xung trong khi vẫn duy trì thông lượng photon không đổi, do đó cần phải điều khiểntia laservới tần số lặp lại cao để tạo ra nguồn sáng cực tím có tần số lặp lại cao.
Công nghệ khoang tăng cường cộng hưởng tạo ra sóng hài bậc cao ở tần số lặp lại MHz
Để có được nguồn sáng cực tím với tần số lặp lại lên đến 60 MHz, nhóm nghiên cứu Jones tại Đại học British Columbia, Vương quốc Anh, đã thực hiện tạo sóng hài bậc cao trong khoang tăng cường cộng hưởng femto giây (fsEC) để tạo ra nguồn sáng cực tím thực tế và áp dụng nó vào các thí nghiệm quang phổ điện tử phân giải góc phân giải thời gian (Tr-ARPES). Nguồn sáng này có khả năng cung cấp thông lượng photon hơn 1011 số photon mỗi giây với một sóng hài đơn ở tần số lặp lại 60 MHz trong dải năng lượng từ 8 đến 40 eV. Họ đã sử dụng hệ thống laser sợi quang pha tạp ytterbi làm nguồn hạt giống cho fsEC và kiểm soát đặc tính xung thông qua thiết kế hệ thống laser tùy chỉnh để giảm thiểu nhiễu tần số bù bao sóng mang (fCEO) và duy trì đặc tính nén xung tốt ở cuối chuỗi khuếch đại. Để đạt được sự tăng cường cộng hưởng ổn định trong fsEC, họ sử dụng ba vòng điều khiển servo để điều khiển phản hồi, dẫn đến sự ổn định chủ động ở hai bậc tự do: thời gian khứ hồi của chu kỳ xung trong fsEC khớp với chu kỳ xung laser và độ lệch pha của sóng mang trường điện so với đường bao xung (tức là pha đường bao sóng mang, ϕCEO).
Bằng cách sử dụng khí krypton làm khí làm việc, nhóm nghiên cứu đã tạo ra được sóng hài bậc cao trong fsEC. Họ đã thực hiện các phép đo Tr-ARPES của than chì và quan sát thấy sự nhiệt hóa nhanh chóng và sự tái hợp chậm sau đó của các quần thể electron không bị kích thích nhiệt, cũng như động lực học của các trạng thái kích thích trực tiếp không bị kích thích nhiệt gần mức Fermi trên 0,6 eV. Nguồn sáng này cung cấp một công cụ quan trọng để nghiên cứu cấu trúc điện tử của các vật liệu phức tạp. Tuy nhiên, việc tạo ra sóng hài bậc cao trong fsEC có yêu cầu rất cao về khả năng phản xạ, bù tán sắc, điều chỉnh chính xác chiều dài khoang và khóa đồng bộ hóa, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến bội số tăng cường của khoang tăng cường cộng hưởng. Đồng thời, đáp ứng pha phi tuyến tính của plasma tại tiêu điểm của khoang cũng là một thách thức. Do đó, hiện tại, loại nguồn sáng này vẫn chưa trở thành nguồn sáng cực tím chính thống.nguồn sáng hài hòa cao.
Thời gian đăng: 29-04-2024