Экстремалды ультракүлгін сәулелердегі жетістіктержарық көзі технологиясы
Соңғы жылдары ультракүлгін сәулеленудің жоғары гармоникалық көздері күшті когеренттілігі, қысқа импульс ұзақтығы және жоғары фотон энергиясына байланысты электронды динамикада кеңінен назар аударды және әртүрлі спектрлік және бейнелеу зерттеулерінде қолданылды. Технологияның дамуымен бұлжарық көзіқайталану жиілігінің жоғарылауына, фотон ағынының жоғарылауына, фотон энергиясының жоғарылауына және импульстің қысқаруына қарай дамып келеді. Бұл жетістік тек экстремалды ультракүлгін жарық көздерінің өлшеу ажыратымдылығын оңтайландырып қана қоймай, сонымен қатар болашақ технологиялық даму үрдістері үшін жаңа мүмкіндіктер береді. Сондықтан, жоғары қайталану жиілігі бар экстремалды ультракүлгін жарық көзін терең зерттеу және түсіну заманауи технологияларды игеру және қолдану үшін өте маңызды.
Фемтосекундтық және аттосекундтық уақыт шкалалары бойынша электронды спектроскопияны өлшеу үшін бір сәуледе өлшенген оқиғалар саны көбінесе жеткіліксіз болады, бұл төмен жиілікті жарық көздерін сенімді статистика алу үшін жеткіліксіз етеді. Сонымен қатар, фотон ағыны төмен жарық көзі шектеулі экспозиция уақытында микроскопиялық бейнелеудің сигнал-шу қатынасын төмендетеді. Үздіксіз зерттеу және тәжірибелер арқылы зерттеушілер жоғары қайталанатын жиілікті экстремалды ультракүлгін сәуленің өнімділігін оңтайландыру және беру дизайнында көптеген жақсартулар жасады. Жоғары қайталанатын жиілікті экстремалды ультракүлгін жарық көзімен біріктірілген озық спектрлік талдау технологиясы материалдық құрылымды және электрондық динамикалық процесті жоғары дәлдікпен өлшеуге қол жеткізу үшін қолданылды.
Бұрыштық ажыратымдылықтағы электронды спектроскопия (ARPES) өлшеулері сияқты экстремалды ультракүлгін жарық көздерін қолдану үлгіні жарықтандыру үшін экстремалды ультракүлгін жарық сәулесін қажет етеді. Үлгі бетіндегі электрондар экстремалды ультракүлгін жарықпен үздіксіз күйге дейін қоздырылады, ал фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясы мен сәулелену бұрышы үлгінің жолақ құрылымы туралы ақпаратты қамтиды. Бұрыштық ажыратымдылық функциясы бар электронды анализатор сәулеленген фотоэлектрондарды қабылдайды және үлгінің валенттілік жолағына жақын жолақ құрылымын алады. Төмен қайталану жиілігі бар экстремалды ультракүлгін жарық көзі үшін, оның бір импульсінде көптеген фотондар болғандықтан, ол қысқа уақыт ішінде үлгі бетінде көптеген фотоэлектрондарды қоздырады, ал Кулондық өзара әрекеттесу фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясының таралуын айтарлықтай кеңейтеді, бұл кеңістіктік заряд эффектісі деп аталады. Кеңістіктік заряд эффектісінің әсерін азайту үшін фотон ағынын тұрақты сақтай отырып, әрбір импульстегі фотоэлектрондарды азайту қажет, сондықтан оны басқару қажет.лазержоғары қайталау жиілігімен экстремалды ультракүлгін жарық көзін шығару үшін жоғары қайталау жиілігімен.
Резонансты күшейтілген қуыс технологиясы МГц қайталану жиілігінде жоғары ретті гармоникаларды генерациялауды жүзеге асырады
60 МГц-ке дейінгі қайталану жиілігі бар экстремалды ультракүлгін жарық көзін алу үшін Ұлыбританиядағы Британдық Колумбия университетінің Джонс командасы практикалық экстремалды ультракүлгін жарық көзіне қол жеткізу үшін фемтосекундтық резонансты күшейту қуысында (fsEC) жоғары ретті гармоникалық генерацияны орындады және оны уақыт бойынша шешілетін бұрыштық ажыратылатын электронды спектроскопия (Tr-ARPES) тәжірибелеріне қолданды. Жарық көзі 8-ден 40 эВ-қа дейінгі энергия диапазонында 60 МГц қайталану жиілігінде бір гармоникамен секундына 1011-ден астам фотон санының фотон ағынын бере алады. Олар fsEC үшін бастапқы көз ретінде иттербиймен легирленген талшықты лазер жүйесін пайдаланды және тасымалдаушы конверттің ығысу жиілігінің (fCEO) шуын азайту және күшейткіш тізбегінің соңында жақсы импульстік сығымдау сипаттамаларын сақтау үшін арнайы лазерлік жүйе дизайны арқылы импульстік сипаттамаларды басқарды. fsEC ішінде тұрақты резонанстық күшейтуге қол жеткізу үшін олар кері байланысты басқару үшін үш серво басқару ілмегін пайдаланады, нәтижесінде екі еркіндік дәрежесінде белсенді тұрақтану пайда болады: fsEC ішіндегі импульс циклінің айналма уақыты лазерлік импульстік кезеңге сәйкес келеді, ал электр өрісі тасымалдаушысының импульстік қабыққа қатысты фазалық ығысуы (яғни, тасымалдаушы қабық фазасы, ϕCEO).
Криптон газын жұмыс газы ретінде пайдалану арқылы зерттеу тобы fsEC-те жоғары ретті гармоникаларды жасауға қол жеткізді. Олар графиттің Tr-ARPES өлшемдерін жүргізді және термиялық қоздырылмаған электрон популяцияларының жылдам термиясы мен кейінгі баяу рекомбинациясын, сондай-ақ 0,6 эВ-тан жоғары Ферми деңгейіне жақын термиялық емес тікелей қоздырылған күйлердің динамикасын бақылады. Бұл жарық көзі күрделі материалдардың электрондық құрылымын зерттеу үшін маңызды құрал болып табылады. Дегенмен, fsEC-те жоғары ретті гармоникаларды генерациялау шағылыстыруға, дисперсияны өтеуге, қуыс ұзындығын дәл реттеуге және синхрондауды құлыптауға өте жоғары талаптар қояды, бұл резонанспен күшейтілген қуыстың күшейту еселігіне айтарлықтай әсер етеді. Сонымен қатар, қуыстың фокустық нүктесіндегі плазманың сызықты емес фазалық реакциясы да қиындық тудырады. Сондықтан, қазіргі уақытта бұл жарық көзі негізгі экстремалды ультракүлгін сәулеге айналған жоқ.жоғары гармоникалық жарық көзі.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 29 сәуір