پیشرفت‌ها در اشعه ماوراء بنفش شدیدفناوری منبع نور
در سال‌های اخیر، منابع هارمونیک بالای فرابنفش شدید به دلیل همدوسی قوی، مدت زمان پالس کوتاه و انرژی فوتون بالا، توجه گسترده‌ای را در زمینه دینامیک الکترون به خود جلب کرده‌اند و در مطالعات طیفی و تصویربرداری مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با پیشرفت فناوری، اینمنبع نوردر حال توسعه به سمت فرکانس تکرار بالاتر، شار فوتون بالاتر، انرژی فوتون بالاتر و پهنای پالس کوتاه‌تر است. این پیشرفت نه تنها وضوح اندازه‌گیری منابع نور فرابنفش شدید را بهینه می‌کند، بلکه امکانات جدیدی را برای روندهای توسعه فناوری آینده فراهم می‌کند. بنابراین، مطالعه و درک عمیق منبع نور فرابنفش شدید با فرکانس تکرار بالا برای تسلط و به‌کارگیری فناوری پیشرفته از اهمیت بالایی برخوردار است.
برای اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی الکترونی در مقیاس‌های زمانی فمتوثانیه و اتوثانیه، تعداد رویدادهای اندازه‌گیری شده در یک پرتو واحد اغلب ناکافی است، و این امر منابع نوری با فرکانس پایین را برای دستیابی به آمار قابل اعتماد ناکافی می‌کند. در عین حال، منبع نوری با شار فوتونی کم، نسبت سیگنال به نویز تصویربرداری میکروسکوپی را در طول زمان نوردهی محدود کاهش می‌دهد. محققان از طریق کاوش و آزمایش‌های مداوم، پیشرفت‌های زیادی در بهینه‌سازی بازده و طراحی انتقال نور فرابنفش شدید با فرکانس تکرار بالا ایجاد کرده‌اند. فناوری پیشرفته تجزیه و تحلیل طیفی همراه با منبع نوری فرابنفش شدید با فرکانس تکرار بالا برای دستیابی به اندازه‌گیری دقیق ساختار مواد و فرآیند دینامیکی الکترونیکی استفاده شده است.
کاربردهای منابع نور فرابنفش شدید، مانند اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی الکترونی با تفکیک زاویه‌ای (ARPES)، برای روشن کردن نمونه به پرتویی از نور فرابنفش شدید نیاز دارند. الکترون‌های روی سطح نمونه توسط نور فرابنفش شدید به حالت پیوسته برانگیخته می‌شوند و انرژی جنبشی و زاویه انتشار فوتوالکترون‌ها حاوی اطلاعات ساختار نواری نمونه است. آنالیزور الکترون با عملکرد تفکیک زاویه‌ای، فوتوالکترون‌های تابش شده را دریافت کرده و ساختار نواری نزدیک نوار ظرفیت نمونه را به دست می‌آورد. برای منبع نور فرابنفش شدید با فرکانس تکرار پایین، به دلیل اینکه تک پالس آن حاوی تعداد زیادی فوتون است، تعداد زیادی فوتوالکترون را در مدت زمان کوتاهی روی سطح نمونه برانگیخته می‌کند و برهمکنش کولمب باعث گسترش جدی توزیع انرژی جنبشی فوتوالکترون می‌شود که اثر بار فضایی نامیده می‌شود. به منظور کاهش تأثیر اثر بار فضایی، لازم است فوتوالکترون‌های موجود در هر پالس را کاهش داده و در عین حال شار فوتون ثابت را حفظ کنیم، بنابراین لازم است که ...لیزربا فرکانس تکرار بالا برای تولید منبع نور فرابنفش شدید با فرکانس تکرار بالا.
فناوری حفره تقویت‌شده با رزونانس، تولید هارمونیک‌های مرتبه بالا را در فرکانس تکرار مگاهرتز محقق می‌کند.
برای دستیابی به یک منبع نور فرابنفش شدید با نرخ تکرار تا 60 مگاهرتز، تیم جونز در دانشگاه بریتیش کلمبیا در بریتانیا، تولید هارمونیک مرتبه بالا را در یک حفره تقویت رزونانس فمتوثانیه (fsEC) انجام دادند تا به یک منبع نور فرابنفش شدید کاربردی دست یابند و آن را در آزمایش‌های طیف‌سنجی الکترونی با تفکیک زاویه‌ای با تفکیک زمانی (Tr-ARPES) به کار بردند. این منبع نور قادر به ارائه شار فوتونی بیش از 10 به توان 11 تعداد فوتون در ثانیه با یک هارمونیک واحد با نرخ تکرار 60 مگاهرتز در محدوده انرژی 8 تا 40 الکترون ولت است. آنها از یک سیستم لیزر فیبری آلاییده با ایتربیوم به عنوان منبع اولیه برای fsEC استفاده کردند و ویژگی‌های پالس را از طریق طراحی یک سیستم لیزر سفارشی کنترل کردند تا نویز فرکانس آفست پوشش حامل (fCEO) را به حداقل برسانند و ویژگی‌های فشرده‌سازی پالس خوبی را در انتهای زنجیره تقویت‌کننده حفظ کنند. برای دستیابی به افزایش پایدار رزونانس در fsEC، آنها از سه حلقه کنترل سروو برای کنترل بازخورد استفاده می‌کنند که منجر به تثبیت فعال در دو درجه آزادی می‌شود: زمان رفت و برگشت چرخه پالس در fsEC با دوره پالس لیزر مطابقت دارد و تغییر فاز حامل میدان الکتریکی نسبت به پوشش پالس (یعنی فاز پوشش حامل، ϕCEO).
با استفاده از گاز کریپتون به عنوان گاز عامل، تیم تحقیقاتی به تولید هارمونیک‌های مرتبه بالاتر در fsEC دست یافت. آنها اندازه‌گیری‌های Tr-ARPES گرافیت را انجام دادند و گرمازایی سریع و متعاقباً نوترکیبی آهسته جمعیت‌های الکترونی برانگیخته غیر حرارتی و همچنین دینامیک حالت‌های برانگیخته غیر حرارتی مستقیم در نزدیکی سطح فرمی بالای 0.6 eV را مشاهده کردند. این منبع نور ابزاری مهم برای مطالعه ساختار الکترونیکی مواد پیچیده فراهم می‌کند. با این حال، تولید هارمونیک‌های مرتبه بالا در fsEC الزامات بسیار بالایی برای بازتاب، جبران پراکندگی، تنظیم دقیق طول حفره و قفل همزمانی دارد که تأثیر زیادی بر ضریب تقویت حفره تقویت‌شده با رزونانس خواهد داشت. در عین حال، پاسخ فاز غیرخطی پلاسما در نقطه کانونی حفره نیز یک چالش است. بنابراین، در حال حاضر، این نوع منبع نور به منبع اصلی فرابنفش شدید تبدیل نشده است.منبع نور هارمونیک بالا.
زمان ارسال: ۲۹ آوریل ۲۰۲۴