Vooruitgang in extreem ultravioletlichtbron technologie
De afgelopen jaren hebben extreem ultraviolette hoogharmonische bronnen brede aandacht getrokken op het gebied van de elektronendynamica vanwege hun sterke coherentie, korte pulsduur en hoge fotonenenergie, en zijn ze gebruikt in verschillende spectrale en beeldvormende onderzoeken.Met de vooruitgang van de technologie is dit het gevallichtbronontwikkelt zich in de richting van een hogere herhalingsfrequentie, hogere fotonenflux, hogere fotonenenergie en kortere pulsbreedte.Deze vooruitgang optimaliseert niet alleen de meetresolutie van bronnen van extreem ultraviolet licht, maar biedt ook nieuwe mogelijkheden voor toekomstige technologische ontwikkelingstrends.Daarom is de diepgaande studie en het begrip van de extreem-ultraviolette lichtbron met hoge herhalingsfrequentie van groot belang voor het beheersen en toepassen van de allernieuwste technologie.
Voor elektronenspectroscopiemetingen op femtoseconde- en attoseconde-tijdschalen is het aantal gebeurtenissen gemeten in een enkele straal vaak onvoldoende, waardoor lichtbronnen met een lage frequentie onvoldoende zijn om betrouwbare statistieken te verkrijgen.Tegelijkertijd zal de lichtbron met een lage fotonenflux de signaal-ruisverhouding van microscopische beeldvorming tijdens de beperkte belichtingstijd verminderen.Door voortdurende verkenning en experimenten hebben onderzoekers veel verbeteringen aangebracht in de opbrengstoptimalisatie en het transmissieontwerp van extreem ultraviolet licht met hoge herhalingsfrequentie.De geavanceerde spectrale analysetechnologie in combinatie met de extreem-ultraviolette lichtbron met hoge herhalingsfrequentie is gebruikt om de zeer nauwkeurige meting van de materiaalstructuur en het elektronische dynamische proces te bereiken.
Toepassingen van bronnen van extreem ultraviolet licht, zoals metingen van hoekresolutie-elektronenspectroscopie (ARPES), vereisen een straal extreem ultraviolet licht om het monster te verlichten.De elektronen op het oppervlak van het monster worden door het extreme ultraviolette licht tot de continue toestand geëxciteerd, en de kinetische energie en emissiehoek van de foto-elektronen bevatten de bandstructuurinformatie van het monster.De elektronenanalysator met hoekresolutiefunctie ontvangt de uitgestraalde foto-elektronen en verkrijgt de bandstructuur nabij de valentieband van het monster.Voor een bron van extreem ultraviolet licht met een lage herhalingsfrequentie zal deze, omdat de enkele puls een groot aantal fotonen bevat, in korte tijd een groot aantal foto-elektronen op het monsteroppervlak exciteren, en de Coulomb-interactie zal een ernstige verbreding van de distributie teweegbrengen. van foto-elektronenkinetische energie, wat het ruimteladingseffect wordt genoemd.Om de invloed van het ruimteladingseffect te verminderen, is het noodzakelijk om de foto-elektronen in elke puls te verminderen, terwijl de fotonenflux constant blijft. Het is dus noodzakelijk om delasermet hoge herhalingsfrequentie om de extreem ultraviolette lichtbron met hoge herhalingsfrequentie te produceren.
Resonantie-verbeterde holtetechnologie realiseert het genereren van harmonischen van hoge orde op de MHz-herhalingsfrequentie
Om een bron van extreem ultraviolet licht te verkrijgen met een herhalingssnelheid tot 60 MHz, voerde het Jones-team van de Universiteit van British Columbia in het Verenigd Koninkrijk harmonische generatie van hoge orde uit in een femtoseconde resonantieverbeteringsholte (fsEC) om een praktische extreem ultraviolette lichtbron en paste deze toe op experimenten met tijdsopgeloste hoekresolutie-elektronenspectroscopie (Tr-ARPES).De lichtbron is in staat een fotonenstroom van meer dan 1011 fotonengetallen per seconde te leveren met een enkele harmonische met een herhalingssnelheid van 60 MHz in het energiebereik van 8 tot 40 eV.Ze gebruikten een met ytterbium gedoteerd fiberlasersysteem als kiembron voor fsEC, en controleerden de pulskarakteristieken via een aangepast lasersysteemontwerp om ruis van de carrier-envelop-offsetfrequentie (fCEO) te minimaliseren en goede pulscompressiekarakteristieken aan het einde van de versterkerketen te behouden.Om een stabiele resonantieverbetering binnen de fsEC te bereiken, gebruiken ze drie servoregellussen voor feedbackcontrole, wat resulteert in actieve stabilisatie bij twee vrijheidsgraden: de retourtijd van de pulscyclus binnen de fsEC komt overeen met de laserpulsperiode, en de faseverschuiving van de elektrische velddrager ten opzichte van de pulsomhullende (dwz de fase van de draaggolfomhullende, ϕCEO).
Door kryptongas als werkgas te gebruiken, slaagde het onderzoeksteam erin harmonischen van hogere orde in fsEC te genereren.Ze voerden Tr-ARPES-metingen van grafiet uit en observeerden snelle thermiatie en daaropvolgende langzame recombinatie van niet-thermisch aangeslagen elektronenpopulaties, evenals de dynamiek van niet-thermisch direct aangeslagen toestanden nabij het Fermi-niveau boven 0,6 eV.Deze lichtbron biedt een belangrijk hulpmiddel voor het bestuderen van de elektronische structuur van complexe materialen.Het genereren van harmonischen van hoge orde in fsEC stelt echter zeer hoge eisen aan reflectiviteit, dispersiecompensatie, fijne aanpassing van de lengte van de holte en synchronisatievergrendeling, wat een grote invloed zal hebben op het verbeteringsveelvoud van de door resonantie versterkte holte.Tegelijkertijd is de niet-lineaire faserespons van het plasma in het brandpunt van de holte ook een uitdaging.Daarom is dit soort lichtbron op dit moment nog niet het mainstream extreme ultraviolet gewordenhoge harmonische lichtbron.
Posttijd: 29 april 2024