Progrès dans le domaine des ultraviolets extrêmestechnologie de source lumineuse
Ces dernières années, les sources ultraviolettes extrêmes à hautes harmoniques ont suscité un vif intérêt dans le domaine de la dynamique électronique en raison de leur forte cohérence, de leur courte durée d'impulsion et de leur énergie photonique élevée. Elles ont été utilisées dans diverses études spectrales et d'imagerie. Grâce aux progrès technologiques, cette technologiesource de lumièreL'évolution vers une fréquence de répétition plus élevée, un flux photonique plus important, une énergie photonique plus élevée et une largeur d'impulsion plus courte. Cette avancée optimise non seulement la résolution de mesure des sources de lumière ultraviolette extrême, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour les futures tendances de développement technologique. Par conséquent, l'étude et la compréhension approfondies des sources de lumière ultraviolette extrême à haute fréquence de répétition sont essentielles à la maîtrise et à l'application des technologies de pointe.
Pour les mesures de spectroscopie électronique aux échelles de temps femtoseconde et attoseconde, le nombre d'événements mesurés dans un seul faisceau est souvent insuffisant, ce qui rend les sources lumineuses basse fréquence insuffisantes pour obtenir des statistiques fiables. Parallèlement, une source lumineuse à faible flux photonique réduit le rapport signal/bruit de l'imagerie microscopique pendant le temps d'exposition limité. Grâce à des explorations et des expériences continues, les chercheurs ont apporté de nombreuses améliorations à l'optimisation du rendement et à la conception de la transmission de la lumière ultraviolette extrême à haute fréquence de répétition. La technologie avancée d'analyse spectrale, combinée à une source lumineuse ultraviolette extrême à haute fréquence de répétition, a permis de mesurer avec une grande précision la structure des matériaux et les processus dynamiques électroniques.
Les applications de sources de lumière ultraviolette extrême, telles que les mesures par spectroscopie électronique à résolution angulaire (ARPES), nécessitent un faisceau de lumière ultraviolette extrême pour éclairer l'échantillon. Les électrons à la surface de l'échantillon sont excités à l'état continu par la lumière ultraviolette extrême, et l'énergie cinétique et l'angle d'émission des photoélectrons contiennent des informations sur la structure de bande de l'échantillon. L'analyseur d'électrons avec fonction de résolution angulaire reçoit les photoélectrons rayonnés et obtient la structure de bande proche de la bande de valence de l'échantillon. Pour une source de lumière ultraviolette extrême à basse fréquence de répétition, comme son impulsion unique contient un grand nombre de photons, elle excite rapidement un grand nombre de photoélectrons à la surface de l'échantillon. L'interaction de Coulomb entraîne un élargissement important de la distribution de l'énergie cinétique des photoélectrons, appelé effet de charge d'espace. Afin de réduire l'influence de cet effet, il est nécessaire de réduire le nombre de photoélectrons contenus dans chaque impulsion tout en maintenant un flux de photons constant. Il est donc nécessaire de piloter lelaseravec une fréquence de répétition élevée pour produire la source de lumière ultraviolette extrême avec une fréquence de répétition élevée.
La technologie de cavité améliorée par résonance permet la génération d'harmoniques d'ordre élevé à une fréquence de répétition de MHz
Afin d'obtenir une source lumineuse dans l'extrême ultraviolet avec un taux de répétition allant jusqu'à 60 MHz, l'équipe Jones de l'Université de Colombie-Britannique au Royaume-Uni a réalisé une génération d'harmoniques d'ordre élevé dans une cavité d'amélioration de résonance femtoseconde (fsEC) afin de créer une source lumineuse dans l'extrême ultraviolet pratique et l'a appliquée à des expériences de spectroscopie électronique à résolution angulaire résolue en temps (Tr-ARPES). Cette source lumineuse est capable de délivrer un flux de photons de plus de 1011 photons par seconde avec une seule harmonique à un taux de répétition de 60 MHz dans la gamme d'énergie de 8 à 40 eV. Ils ont utilisé un système laser à fibre dopée à l'ytterbium comme source d'amorçage pour la fsEC et ont contrôlé les caractéristiques d'impulsion grâce à une conception laser personnalisée afin de minimiser le bruit de décalage de fréquence de l'enveloppe de la porteuse (fCEO) et de maintenir de bonnes caractéristiques de compression d'impulsion en fin de chaîne d'amplification. Pour obtenir une amélioration stable de la résonance dans le fsEC, ils utilisent trois boucles de contrôle d'asservissement pour le contrôle de rétroaction, ce qui entraîne une stabilisation active à deux degrés de liberté : le temps d'aller-retour du cycle d'impulsion dans le fsEC correspond à la période d'impulsion laser et au déphasage de la porteuse du champ électrique par rapport à l'enveloppe d'impulsion (c'est-à-dire la phase de l'enveloppe de la porteuse, ϕCEO).
En utilisant le krypton comme gaz de travail, l'équipe de recherche a réussi à générer des harmoniques d'ordre supérieur en fsEC. Ils ont effectué des mesures Tr-ARPES sur graphite et observé une thermiation rapide suivie d'une recombinaison lente de populations d'électrons non excités thermiquement, ainsi que la dynamique d'états non excités directement thermiquement proches du niveau de Fermi, au-dessus de 0,6 eV. Cette source lumineuse constitue un outil important pour l'étude de la structure électronique des matériaux complexes. Cependant, la génération d'harmoniques d'ordre supérieur en fsEC impose des exigences très élevées en matière de réflectivité, de compensation de dispersion, de réglage fin de la longueur de la cavité et de verrouillage de synchronisation, ce qui aura un impact considérable sur le multiple d'exaltation de la cavité exaltée par résonance. Parallèlement, la réponse en phase non linéaire du plasma au point focal de la cavité constitue également un défi. Par conséquent, à l'heure actuelle, ce type de source lumineuse n'est pas encore devenu la source d'ultraviolet extrême la plus répandue.source de lumière à haute harmonique.
Date de publication : 29 avril 2024