Progrès dans l’ultraviolet extrêmetechnologie des sources lumineuses
Ces dernières années, les sources d'harmoniques ultraviolettes extrêmes ont attiré une grande attention 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, et ont été utilisées dans diverses études spectrales et d'imagerie. Avec les progrès de la technologie, celasource de lumièreévolue vers une fréquence de répétition plus élevée, un flux de photons plus élevé, 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 offre également de nouvelles possibilités pour les futures tendances de développement technologique. Par conséquent, l’étude approfondie et la compréhension de la source de lumière ultraviolette extrême à haute fréquence de répétition sont d’une grande importance pour maîtriser et appliquer une technologie de pointe.
Pour les mesures de spectroscopie électronique sur des échelles de temps femtoseconde et attoseconde, le nombre d'événements mesurés dans un seul faisceau est souvent insuffisant, ce qui rend les sources lumineuses à faible réfréquence insuffisantes pour obtenir des statistiques fiables. Dans le même temps, la source lumineuse à faible flux de photons réduira le rapport signal/bruit de l’imagerie microscopique pendant le temps d’exposition limité. Grâce à une exploration et des expériences continues, les chercheurs ont apporté de nombreuses améliorations dans l’optimisation du rendement et la conception de la transmission de la lumière ultraviolette extrême à haute fréquence de répétition. La technologie avancée d'analyse spectrale combinée à la source de lumière ultraviolette extrême à haute fréquence de répétition a été utilisée pour obtenir une mesure de haute précision de la structure du matériau et du processus dynamique électronique.
Les applications de sources de lumière ultraviolette extrême, telles que les mesures de 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 les 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 faible fréquence de répétition, parce que son impulsion unique contient un grand nombre de photons, elle excitera un grand nombre de photoélectrons sur la surface de l'échantillon en peu de temps, et l'interaction coulombienne entraînera un élargissement sérieux de la distribution. d'énergie cinétique des photoélectrons, appelée effet de charge d'espace. Afin de réduire l'influence de l'effet de charge d'espace, il est nécessaire de réduire les photoélectrons contenus dans chaque impulsion tout en maintenant le flux de photons constant, il est donc nécessaire de piloter l'effet de charge d'espace.laseravec 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 réalise la génération d'harmoniques d'ordre élevé à une fréquence de répétition MHz
Afin d'obtenir une source de lumière ultraviolette extrême avec un taux de répétition allant jusqu'à 60 MHz, l'équipe Jones de l'Université de la Colombie-Britannique au Royaume-Uni a réalisé une génération d'harmoniques d'ordre élevé dans une cavité d'amélioration de la résonance femtoseconde (fsEC) pour obtenir une source de lumière ultraviolette extrême et l'a appliquée à des expériences de spectroscopie électronique à résolution angulaire résolue dans le temps (Tr-ARPES). La source lumineuse est capable de fournir un flux de photons de plus de 1 011 nombres de photons par seconde avec une seule harmonique à un taux de répétition de 60 MHz dans la plage d'énergie de 8 à 40 eV. Ils ont utilisé un système laser à fibre dopé à l'ytterbium comme source de départ pour fsEC et ont contrôlé les caractéristiques d'impulsion grâce à une conception de système laser personnalisée pour minimiser le bruit de fréquence de décalage d'enveloppe de porteuse (fCEO) et maintenir de bonnes caractéristiques de compression d'impulsion à l'extrémité de la chaîne d'amplificateur. Pour obtenir une amélioration stable de la résonance au sein du fsEC, ils utilisent trois boucles de contrôle d'asservissement pour le contrôle par rétroaction, ce qui entraîne une stabilisation active à deux degrés de liberté : le temps d'aller-retour du cycle d'impulsion au sein du fsEC correspond à la période d'impulsion laser et au déphasage. du porteur du champ électrique par rapport à l'enveloppe de l'impulsion (c'est-à-dire la phase de l'enveloppe du porteur, ϕCEO).
En utilisant le gaz krypton comme gaz de travail, l’équipe de recherche a réussi à générer des harmoniques d’ordre supérieur dans fsEC. Ils ont effectué des mesures Tr-ARPES du graphite et observé une thermiation rapide et une lente recombinaison ultérieure de populations d'électrons non excités thermiquement, ainsi que la dynamique des états non excités thermiquement directement près du niveau de Fermi au-dessus de 0,6 eV. Cette source de lumière constitue un outil important pour étudier la structure électronique de matériaux complexes. Cependant, la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans fsEC nécessite des exigences très élevées en matière de réflectivité, de compensation de dispersion, d'ajustement fin de la longueur de la cavité et de verrouillage de synchronisation, ce qui affectera grandement le multiple d'amélioration de la cavité améliorée par résonance. Dans le même temps, 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 de lumière n’est pas devenu le courant dominant de l’ultraviolet extrême.source de lumière harmonique élevée.
Heure de publication : 29 avril 2024