התקדמות בטכנולוגיית מקורות אור אולטרה סגול קיצוני

התקדמות באולטרה סגול קיצוניטכנולוגיית מקור אור

בשנים האחרונות, מקורות הרמוניים גבוהים בקרינה אולטרה סגולה קיצונית משכו תשומת לב רבה בתחום דינמיקת האלקטרונים בשל הקוהרנטיות החזקה שלהם, משך הפולס הקצר ואנרגיית הפוטון הגבוהה שלהם, והם שימשו במגוון מחקרי ספקטרל והדמיה. עם התקדמות הטכנולוגיה, זה...מקור אורמתפתח לעבר תדירות חזרות גבוהה יותר, שטף פוטונים גבוה יותר, אנרגיית פוטונים גבוהה יותר ורוחב פולס קצר יותר. התקדמות זו לא רק ממטבת את רזולוציית המדידה של מקורות אור אולטרה סגול קיצוני, אלא גם מספקת אפשרויות חדשות למגמות פיתוח טכנולוגי עתידיות. לכן, לימוד מעמיק והבנה של מקורות אור אולטרה סגול קיצוני בתדירות חזרות גבוהה הם בעלי חשיבות רבה לשליטה ויישום טכנולוגיה חדשנית.

עבור מדידות ספקטרוסקופיית אלקטרונים בסולמות זמן פמטו-שניות ואטו-שניות, מספר האירועים הנמדדים בקרן אחת לרוב אינו מספיק, מה שהופך מקורות אור בתדירות גבוהה ללא מספיקים כדי לקבל סטטיסטיקות אמינות. יחד עם זאת, מקור אור עם שטף פוטונים נמוך יפחית את יחס אות לרעש של הדמיה מיקרוסקופית במהלך זמן החשיפה המוגבל. באמצעות חקירה וניסויים מתמשכים, חוקרים ביצעו שיפורים רבים באופטימיזציית התשואה ובתכנון ההולכה של אור אולטרה סגול קיצוני בתדר חזרה גבוה. טכנולוגיית ניתוח ספקטרלי מתקדמת בשילוב עם מקור אור אולטרה סגול קיצוני בתדר חזרה גבוה שימשה להשגת מדידה מדויקת של מבנה החומר והתהליך הדינמי האלקטרוני.

יישומים של מקורות אור אולטרה סגול קיצוני, כגון מדידות ספקטרוסקופיית אלקטרונים ברזולוציה זוויתית (ARPES), דורשים קרן אור אולטרה סגול קיצונית כדי להאיר את הדגימה. האלקטרונים על פני השטח של הדגימה מעוררים למצב רציף על ידי האור האולטרה סגול הקיצוני, והאנרגיה הקינטית וזווית הפליטה של ​​הפוטואלקטרונים מכילות את מידע מבנה הפס של הדגימה. מנתח האלקטרונים עם פונקציית רזולוציית זווית מקבל את הפוטואלקטרונים המוקרנים ומקבל את מבנה הפס הקרוב לפס הערכיות של הדגימה. עבור מקור אור אולטרה סגול קיצוני בתדר חזרה נמוך, מכיוון שהפולס הבודד שלו מכיל מספר רב של פוטונים, הוא יעורר מספר רב של פוטואלקטרונים על פני השטח של הדגימה בזמן קצר, ואינטראקציית קולומב תביא להרחבה משמעותית של פיזור האנרגיה הקינטית של הפוטואלקטרונים, הנקראת אפקט מטען החלל. על מנת להפחית את השפעת אפקט מטען החלל, יש צורך להפחית את הפוטואלקטרונים הכלולים בכל פולס תוך שמירה על שטף פוטונים קבוע, ולכן יש צורך להניע את...לייזרעם תדירות חזרה גבוהה כדי לייצר את מקור האור האולטרה סגול הקיצוני עם תדירות חזרה גבוהה.

טכנולוגיית חלל משופרת תהודה מממשת את יצירת הרמוניות מסדר גבוה בתדר חזרה של מגה-הרץ
על מנת להשיג מקור אור אולטרה סגול קיצוני עם קצב חזרות של עד 60 מגה-הרץ, צוות ג'ונס מאוניברסיטת קולומביה הבריטית בבריטניה ביצע יצירת הרמוניות מסדר גבוה בחלל הגברת תהודה פמטו-שנייה (fsEC) כדי להשיג מקור אור אולטרה סגול קיצוני מעשי, ויישם אותו בניסויי ספקטרוסקופיית אלקטרונים בעלי רזולוציה זוויתית בזמן (Tr-ARPES). מקור האור מסוגל לספק שטף פוטונים של יותר מ-1011 פוטונים לשנייה עם הרמוניה בודדת בקצב חזרות של 60 מגה-הרץ בטווח האנרגיה של 8 עד 40 eV. הם השתמשו במערכת לייזר סיבים מסוממת באיטביום כמקור זרעים עבור fsEC, ושלטו במאפייני הפולס באמצעות תכנון מערכת לייזר מותאם אישית כדי למזער את רעש תדר היסט מעטפת הנושא (fCEO) ולשמור על מאפייני דחיסת פולס טובים בקצה שרשרת המגבר. כדי להשיג הגברת תהודה יציבה בתוך ה-fsEC, הם משתמשים בשלוש לולאות בקרת סרוו לבקרת משוב, וכתוצאה מכך ייצוב פעיל בשתי דרגות חופש: זמן הסיבוב הלוך ושוב של מחזור הפולס בתוך ה-fsEC תואם את תקופת פולס הלייזר, והזזת הפאזה של נושא השדה החשמלי ביחס למעטפת הפולס (כלומר, פאזת מעטפת נושא, ϕCEO).

באמצעות שימוש בגז קריפטון כגז עבודה, צוות המחקר הצליח לייצר הרמוניות מסדר גבוה יותר ב-fsEC. הם ביצעו מדידות Tr-ARPES של גרפיט וצפו בתרמיציה מהירה ולאחר מכן רקומבינציה איטית של אוכלוסיות אלקטרונים שאינן מעוררות תרמית, כמו גם בדינמיקה של מצבים שאינם מעוררים תרמית ישירות ליד רמת פרמי מעל 0.6 eV. מקור אור זה מספק כלי חשוב לחקר המבנה האלקטרוני של חומרים מורכבים. עם זאת, יצירת הרמוניות מסדר גבוה ב-fsEC כרוכה בדרישות גבוהות מאוד עבור רפלקטיביות, פיצוי פיזור, כוונון עדין של אורך החלל ונעילת סנכרון, אשר ישפיעו רבות על מכפיל ההגברה של החלל המוגבר בתהודה. יחד עם זאת, תגובת הפאזה הלא לינארית של הפלזמה בנקודת המוקד של החלל היא גם אתגר. לכן, נכון לעכשיו, מקור אור מסוג זה לא הפך למקור אור אולטרה סגול קיצוני מרכזי.מקור אור הרמוני גבוה.