Những tiến bộ trong tia cực tímcông nghệ nguồn sáng
Trong những năm gần đây, các nguồn sóng hài bậc cao cực tím đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực động lực học electron do tính liên kết mạnh, thời lượng 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 sángCông nghệ này đang phát triển theo hướng tần số lặp 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 các nguồn ánh sáng cực tím mà còn mở ra những khả năng mới cho xu hướng phát triển công nghệ trong tương lai. Do đó, việc nghiên cứu và hiểu sâu về nguồn ánh sáng cực tím tần số lặp cao có ý nghĩa rất quan trọng để nắm vững và ứng dụng công nghệ tiên tiến.
Đối với các phép đo quang phổ điện tử trên thang thời gian femtogiây và attogiây, số lượng sự kiện đo được trong một chùm tia thường không đủ, khiến các nguồn sáng có tần số lặp 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 quá trình nghiên cứu và thử nghiệm liên tục, các nhà nghiên cứu đã đạt được nhiều cải tiến trong việc tối ưu hóa hiệu suất và thiết kế truyền dẫn của ánh sáng cực tím tần số lặp cao. Công nghệ phân tích quang phổ tiên tiến kết hợp với nguồn sáng cực tím tần số lặp cao đã được sử dụng để đạt được phép đo chính xác cao về cấu trúc vật liệu và quá trình động học điện tử.
Các ứng dụng của nguồn sáng cực tím, chẳng hạn như phép đo quang phổ điện tử phân giải góc (ARPES), yêu cầu một chùm tia cực tím để chiếu sáng mẫu. Các electron trên bề mặt mẫu được kích thích lên trạng thái liên tục bởi tia cực tím, và động năng cũng như góc phát xạ của các quang điện tử chứa thông tin về cấu trúc dải của mẫu. Bộ phân tích điện tử với chức năng phân giải góc nhận các quang điện tử bức xạ và thu được cấu trúc dải gần dải hóa trị của mẫu. Đối với nguồn sáng cực tím có tần số lặp lại thấp, vì 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 gây ra sự phân bố rộng hơn đáng kể của 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 khiển...tia laserVới tần số lặp lại cao để tạo ra nguồn ánh sáng cực tím với tần số lặp lại cao.
Công nghệ khoang cộng hưởng tăng cường cho phép tạo ra các sóng hài bậc cao ở tần số lặp lại MHz.
Để thu được nguồn sáng cực tím với tần số lặp lại lên đến 60 MHz, nhóm nghiên cứu của Jones tại Đại học British Columbia ở 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 tiễn và ứng dụng nó vào các thí nghiệm quang phổ điện tử phân giải góc theo thời gian (Tr-ARPES). Nguồn sáng này có khả năng cung cấp thông lượng photon hơn 10¹¹ photon mỗi giây với một sóng hài duy nhất 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 ytterbium làm nguồn mồi cho fsEC và kiểm soát các đặc tính xung thông qua thiết kế hệ thống laser tùy chỉnh để giảm thiểu nhiễu tần số lệch bao bì 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 mức độ tự do: thời gian chu kỳ xung trong fsEC khớp với chu kỳ xung laser, và độ lệch pha của sóng mang điện trường so với biên độ xung (tức là pha biên độ sóng mang, ϕCEO).
Bằng cách sử dụng khí krypton làm khí làm việc, nhóm nghiên cứu đã tạo ra được các sóng hài bậc cao trong fsEC. Họ đã thực hiện các phép đo Tr-ARPES trên than chì và quan sát thấy sự tăng nhiệt nhanh chóng và sự tái kết 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 các sóng hài bậc cao trong fsEC đòi hỏi rất cao về độ phản xạ, bù tán sắc, điều chỉnh chính xác chiều dài khoang cộng hưởng và khóa đồng bộ, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến bội số tăng cường của khoang cộng hưởng. Đồng thời, phản ứng pha phi tuyến của plasma tại tiêu điểm của khoang cũng là một thách thức. Do đó, hiện nay, loại nguồn sáng này vẫn chưa trở thành nguồn sáng cực tím chủ đạo.nguồn sáng hài bậc cao.
Thời gian đăng bài: 29/04/2024