Những tiến bộ trong công nghệ nguồn ánh sáng cực tím

Những tiến bộ trong tia cực tím cực đoancông 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 mẽ, thời gian phát xung ngắn và năng lượng photon cao, đồng thời đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu hình ảnh và quang phổ khác nhau. 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. Tiến bộ này không chỉ tối ưu hóa độ phân giải đo của các nguồn ánh sáng cực tím mà còn mang đến những khả năng mới cho xu hướng phát triển công nghệ trong tương lai. Vì vậy, việc nghiên cứu chuyên sâu và hiểu biết về nguồn ánh sáng cực tím có tần số lặp lại cao có ý nghĩa rất lớn trong việc làm chủ và ứng dụng công nghệ tiên tiến.

Đối với các phép đo quang phổ điện tử trên thang thời gian femto giây và atto giây, số lượng sự kiện đo được trong một chùm tia thường không đủ, khiến cho nguồn sáng tần số 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 tạp âm của ảnh vi mô trong thời gian phơi sáng hạn chế. Thông qua việc thăm dò và thử nghiệm liên tục, các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều cải tiến trong việc tối ưu hóa năng suất và thiết kế truyền dẫn ánh sáng cực tím tần số lặp lại cao. Công nghệ phân tích quang phổ tiên tiến kết hợp với nguồn ánh sáng cực tím cực tím tần số lặp lại cao đã được sử dụng để đạt được phép đo chính xác cao về cấu trúc vật liệu và quy trình động điện tử.

Các ứng dụng của nguồn ánh sáng cực tím, chẳng hạn như phép đo quang phổ điện tử phân giải góc (ARPES), đòi hỏi một chùm ánh sáng cực tím để chiếu sáng mẫu. Các electron trên bề mặt mẫu bị kích thích đến trạng thái liên tục bởi ánh sáng cực tím, đồng thời động năng và Góc phát xạ của các quang điện tử chứa thông tin cấu trúc dải của mẫu. Máy phân tích electron với chức năng phân giải Góc nhận các quang điện tử được bức xạ và thu được cấu trúc dải gần dải hóa trị của mẫu. Đối với nguồn ánh sáng cực tím cực tím có tần số lặp lại thấp, do xung đơn của nó chứa một số lượng lớn photon nên nó sẽ kích thích một số lượng lớn quang điện tử trên bề mặt mẫu trong thời gian ngắn và tương tác Coulomb sẽ mang lại sự phân bố mở rộng nghiêm trọng. động năng của quang điện tử, gọi là hiệu ứng điện tích không gian. Để giảm ảnh hưởng của hiệu ứng điện tích không gian, cần phải giảm các quang điện tử chứa trong mỗi xung đồng thời duy trì dòng photon không đổi, do đó cần phải điều khiểntia lazevới tần số lặp lại cao để tạo ra nguồn ánh sáng cực tím có tần số lặp lại cao.

Công nghệ khoang tăng cường cộng hưởng giúp tạo ra các sóng hài bậc cao ở tần số lặp lại MHz
Để có được nguồn ánh sáng cực tím cực mạnh với tốc độ lặp lại lên tới 60 MHz, nhóm Jones tại Đại học British Columbia ở Vương quốc Anh đã thực hiện việc tạo ra sóng hài bậc cao trong khoang tăng cường cộng hưởng femto giây (fsEC) để đạt được kết quả thực tế. nguồn ánh sáng cực tím cực mạnh và áp dụng nó vào các thí nghiệm quang phổ điện tử phân giải góc (Tr-ARPES) được giải quyết theo thời gian. Nguồn sáng có khả năng cung cấp dòng photon với số lượng hơn 1011 photon mỗi giây với một sóng hài duy nhất ở tốc độ lặp lại 60 MHz trong dải năng lượng từ 8 đến 40 eV. Họ đã sử dụng hệ thống laser sợi quang pha tạp ytterbium làm nguồn giống cho fsEC và kiểm soát các đặc tính xung thông qua thiết kế hệ thống laser tùy chỉnh để giảm thiểu nhiễu tần số bù đường bao sóng mang (fCEO) và duy trì đặc tính nén xung tốt ở cuối chuỗi bộ 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 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 điện trường đối với đường bao xung (tức là pha đường bao sóng mang, ϕCEO).

Bằng cách sử dụng khí krypton làm khí hoạt động, nhóm nghiên cứu đã tạo ra được các sóng hài bậc cao hơn trong fsEC. Họ đã thực hiện các phép đo Tr-ARPES của than chì và quan sát thấy sự tỏa nhiệt nhanh 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 không trực tiếp bằng 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 độ phản xạ, bù tán sắc, điều chỉnh tốt độ 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, phản ứng pha phi tuyến của plasma tại tiêu điểm của khoang cũng là một thách thức. Vì vậy, hiện nay, loại nguồn sáng này vẫn chưa trở thành nguồn sáng cực tím chủ đạo.nguồn sáng hài hòa cao.