التقدم في تقنية مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة

التقدم في الأشعة فوق البنفسجية الشديدةتكنولوجيا مصدر الضوء

في السنوات الأخيرة ، اجتذبت مصادر التوافقي عالية الأشعة فوق البنفسجية اهتمامًا واسعًا في مجال ديناميات الإلكترون بسبب تماسكها القوي ، ومدة النبض القصير ، وطاقة الفوتون العالية ، وقد استخدمت في العديد من الدراسات الطيفية والتصوير. مع تقدم التكنولوجيا ، هذامصدر الضوءيتطور نحو تردد التكرار الأعلى ، وتدفق الفوتون العالي ، وطاقة الفوتون الأعلى وعرض النبض الأقصر. هذا التقدم لا يحسن فقط دقة قياس مصادر الإضاءة فوق البنفسجية المتطرفة ، ولكنها توفر أيضًا إمكانيات جديدة لاتجاهات التطوير التكنولوجي المستقبلي. لذلك ، فإن الدراسة المتعمقة وفهم تكرار التردد العالي من المصدر الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة هي ذات أهمية كبيرة لإتقان وتطبيق التكنولوجيا المتطورة.

بالنسبة لقياسات التحليل الطيفي للإلكترون على المقاييس الزمنية في Femtosecond و Attosecond ، فإن عدد الأحداث المقاسة في شعاع واحد غالبًا ما يكون غير كافٍ ، مما يجعل مصادر ضوء التراجع المنخفضة غير كافية للحصول على إحصائيات موثوقة. في الوقت نفسه ، سيقلل مصدر الضوء ذو التدفق الفوتون المنخفض من نسبة الإشارة إلى الضوضاء للتصوير المجهري أثناء وقت التعرض المحدود. من خلال الاستكشاف والتجارب المستمرة ، قام الباحثون بالعديد من التحسينات في تحسين العائد وتصميم الإرسال لتردد عالي التردد الأشعة فوق البنفسجية. تم استخدام تقنية التحليل الطيفي المتقدم إلى جانب مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة عالية التكرار لتحقيق القياس الدقيق العالي لهيكل المواد والعملية الديناميكية الإلكترونية.

تتطلب تطبيقات مصادر الإضاءة فوق البنفسجية المتطرفة ، مثل قياسات التحليل الطيفي الإلكتروني المحدد الزاوي (ARPES) ، شعاعًا من الضوء الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة لإلقاء الضوء على العينة. الإلكترونات الموجودة على سطح العينة متحمسون للحالة المستمرة بواسطة الضوء فوق البنفسجي المتطرف ، وتتضمن الطاقة الحركية وزاوية انبعاثات الإلكترونات الضوئية معلومات بنية النطاق للعينة. يستقبل محلل الإلكترون مع وظيفة دقة الزاوية الإلكترونات الضوئية المشعة ويحصل على بنية النطاق بالقرب من نطاق التكافؤ من العينة. بالنسبة لتردد التردد المتدني في الترددات الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة ، نظرًا لأن نبضه المفرد يحتوي على عدد كبير من الفوتونات ، فإنه سيثير عددًا كبيرًا من الإلكترونات الضوئية على سطح العينة في وقت قصير ، وسيحقق تفاعل Coulomb توسيعًا خطيرًا لتوزيع الطاقة الحركية الضوئية ، والتي تسمى تأثير شحنة الفضاء. من أجل تقليل تأثير تأثير شحنة الفضاء ، من الضروري تقليل الإلكترونات الضوئية الموجودة في كل نبضة مع الحفاظ على تدفق الفوتون الثابت ، لذلك من الضروري قيادةالليزرمع تواتر التكرار العالي لإنتاج مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية المتطرف مع تردد تكرار عالي.

يدرك تقنية التجويف المحسنة بالرنين توليد التوافقيات عالية الترتيب في تردد تكرار MHZ
من أجل الحصول على مصدر إضاءة الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة مع معدل تكرار يصل إلى 60 ميغاهيرتز ، قام فريق جونز في جامعة كولومبيا البريطانية في المملكة المتحدة بأداء جيل توافقي عالي الترتيب في تجويف الرنين في الفم (FSEC) (FSEC). مصدر الضوء قادر على تقديم تدفق فوتون لأكثر من 1011 أرقام فوتون في الثانية مع توافقي واحد بمعدل تكرار قدره 60 ميغاهيرتز في نطاق الطاقة من 8 إلى 40 فولت. لقد استخدموا نظام ليزر الألياف المخبأ Ytterbium كمصدر للبذور لـ FSEC ، وخصائص النبض التي يتم التحكم فيها من خلال تصميم نظام ليزر مخصص لتقليل ضوضاء تردد مغلف الناقل (FCEO) والحفاظ على خصائص ضغط النبض الجيدة في نهاية سلسلة Amplifier. لتحقيق تعزيز الرنين المستقر داخل FSEC ، يستخدمون ثلاث حلقات تحكم مؤازرة للتحكم في التغذية المرتدة ، مما يؤدي إلى تثبيت نشط على درجتين من الحرية: وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا لركوب النبض داخل FSEC يتطابق مع فترة النبض بالليزر ، وموقد الطور لحامل المجال الكهربائي باحترام للشفلة النبوية (IE ، طور الحاملة ، ϕceo).

باستخدام غاز Krypton مثل الغاز العاملة ، حقق فريق البحث توليد التوافقيات ذات الترتيب الأعلى في FSEC. لقد أجروا قياسات TR-ARPES من الجرافيت والحرارة السريعة الملاحظة وإعادة التركيب البطيء اللاحق للسكان الإلكترون غير المحسوسة ، وكذلك ديناميات الحالات غير المحببة بشكل مباشر بالقرب من مستوى فيرمي أعلى من 0.6 فولت. يوفر مصدر الضوء هذا أداة مهمة لدراسة التركيب الإلكتروني للمواد المعقدة. ومع ذلك ، فإن توليد التوافقيات العالية في FSEC له متطلبات عالية للغاية من أجل الانعكاس ، وتعويض التشتت ، والتكيف الدقيق لطول التجويف وقفل المزامنة ، والتي ستؤثر بشكل كبير على تعزيز التعزيز للتجويف المحسّن بالرنين. في الوقت نفسه ، تشكل استجابة المرحلة غير الخطية للبلازما في النقطة المحورية للتجويف تحديًا أيضًا. لذلك ، في الوقت الحاضر ، لم يصبح هذا النوع من مصدر الضوء هو الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة السائدةمصدر إضاءة متناسق عالي.