მიღწევები ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროს ტექნოლოგიაში

პროგრესი უკიდურეს ულტრაიისფერშისინათლის წყაროს ტექნოლოგია

ბოლო წლებში ექსტრემალურმა ულტრაიისფერმა მაღალ ჰარმონიულმა წყაროებმა ფართო ყურადღება მიიპყრო ელექტრონების დინამიკის სფეროში მათი ძლიერი თანმიმდევრულობის, მოკლე პულსის ხანგრძლივობის და მაღალი ფოტონების ენერგიის გამო და გამოიყენეს სხვადასხვა სპექტრალურ და გამოსახულების კვლევებში. ტექნოლოგიის წინსვლასთან ერთად, ესსინათლის წყაროვითარდება უფრო მაღალი გამეორების სიხშირისკენ, უფრო მაღალი ფოტონის ნაკადისკენ, უფრო მაღალი ფოტონის ენერგიისა და პულსის უფრო მოკლე სიგანისაკენ. ეს წინსვლა არა მხოლოდ ოპტიმიზებს ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროების გაზომვის გარჩევადობას, არამედ ახალ შესაძლებლობებს აძლევს მომავალი ტექნოლოგიური განვითარების ტენდენციებს. ამიტომ, მაღალი გამეორების სიხშირის ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროს სიღრმისეულ შესწავლას და გაგებას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს უახლესი ტექნოლოგიების დაუფლებისა და გამოყენებისთვის.

ელექტრონული სპექტროსკოპიის გაზომვისთვის ფემტოწამის და ატოწამის დროის შკალებზე, ერთ სხივში გაზომილი მოვლენების რაოდენობა ხშირად არასაკმარისია, რაც არასაკმარისს ხდის დაბალი სიხშირის სინათლის წყაროებს სანდო სტატისტიკის მისაღებად. ამავდროულად, სინათლის წყარო დაბალი ფოტონის ნაკადით შეამცირებს მიკროსკოპული გამოსახულების სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობას შეზღუდული ექსპოზიციის დროს. უწყვეტი გამოკვლევებისა და ექსპერიმენტების საშუალებით, მკვლევარებმა მრავალი გაუმჯობესება მიიღეს მაღალი გამეორების სიხშირის ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის მოსავლიანობის ოპტიმიზაციისა და გადაცემის დიზაინში. მოწინავე სპექტრული ანალიზის ტექნოლოგია შერწყმულია მაღალი გამეორების სიხშირის ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროსთან, გამოყენებული იქნა მასალის სტრუქტურისა და ელექტრონული დინამიური პროცესის მაღალი სიზუსტის გაზომვის მისაღწევად.

ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროების გამოყენება, როგორიცაა კუთხური გადაწყვეტილი ელექტრონული სპექტროსკოპიის (ARPES) გაზომვები, მოითხოვს ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის სხივს ნიმუშის გასანათებლად. ელექტრონები ნიმუშის ზედაპირზე აღგზნებულია უწყვეტ მდგომარეობაში ექსტრემალური ულტრაიისფერი შუქით, ხოლო ფოტოელექტრონების კინეტიკური ენერგია და ემისიის კუთხე შეიცავს ნიმუშის ზოლის სტრუქტურის ინფორმაციას. კუთხის გარჩევადობის ფუნქციის მქონე ელექტრონული ანალიზატორი იღებს გამოსხივებულ ფოტოელექტრონებს და იღებს ზოლის სტრუქტურას ნიმუშის ვალენტურობასთან ახლოს. დაბალი გამეორების სიხშირის ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროსთვის, რადგან მისი ერთჯერადი პულსი შეიცავს ფოტონების დიდ რაოდენობას, ის მოკლე დროში აღძრავს დიდი რაოდენობით ფოტოელექტრონებს ნიმუშის ზედაპირზე და კულონის ურთიერთქმედება გამოიწვევს განაწილების სერიოზულ გაფართოებას. ფოტოელექტრონის კინეტიკური ენერგიის, რომელსაც ეწოდება სივრცის მუხტის ეფექტი. სივრცის მუხტის ეფექტის ზემოქმედების შესამცირებლად აუცილებელია თითოეულ პულსში შემავალი ფოტოელექტრონების შემცირება, ფოტონების მუდმივი ნაკადის შენარჩუნებისას, ამიტომ აუცილებელია მართოსლაზერულიგამეორების მაღალი სიხშირით ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყაროს მაღალი გამეორების სიხშირით წარმოქმნით.

რეზონანსული გაძლიერებული ღრუს ტექნოლოგია ახორციელებს მაღალი რიგის ჰარმონიების წარმოქმნას MHz-ის განმეორების სიხშირეზე
იმისათვის, რომ მიეღოთ უკიდურესი ულტრაიისფერი სინათლის წყარო 60 MHz-მდე გამეორების სიხშირით, ჯონსის გუნდმა ბრიტანეთის კოლუმბიის უნივერსიტეტში, გაერთიანებულ სამეფოში შეასრულა მაღალი რიგის ჰარმონიული გენერაცია ფემტოწამის რეზონანსის გამაძლიერებელ ღრუში (fsEC) პრაქტიკული მიღწევისთვის. ექსტრემალური ულტრაიისფერი სინათლის წყარო და გამოიყენა იგი დროში გადაჭრილი კუთხური გადაწყვეტილი ელექტრონული სპექტროსკოპიის (Tr-ARPES) ექსპერიმენტებზე. სინათლის წყაროს შეუძლია 1011 ფოტონზე მეტი რიცხვის ფოტონის ნაკადის მიწოდება წამში ერთი ჰარმონიით 60 MHz გამეორების სიჩქარით, ენერგიის დიაპაზონში 8-დან 40 eV-მდე. მათ გამოიყენეს იტერბიუმ-დოპირებული ბოჭკოვანი ლაზერული სისტემა, როგორც სათესლე წყარო fsEC-ისთვის და აკონტროლებდნენ პულსის მახასიათებლებს მორგებული ლაზერული სისტემის დიზაინის მეშვეობით, რათა შემცირებულიყვნენ გადამზიდავი კონვერტის ოფსეტური სიხშირის (fCEO) ხმაური და შეენარჩუნებინათ კარგი პულსის შეკუმშვის მახასიათებლები გამაძლიერებლის ჯაჭვის ბოლოს. fsEC-ში სტაბილური რეზონანსის გაუმჯობესების მისაღწევად, ისინი იყენებენ სამ სერვო კონტროლის მარყუჟს უკუკავშირის კონტროლისთვის, რაც იწვევს აქტიურ სტაბილიზაციას თავისუფლების ორ გრადუსზე: პულსის ციკლის მრგვალი მოგზაურობის დრო fsEC-ში ემთხვევა ლაზერული პულსის პერიოდს და ფაზის ცვლას. ელექტრული ველის გადამზიდავი პულსის კონვერტთან მიმართებაში (ანუ, გადამზიდავი კონვერტის ფაზა, ϕCEO).

კრიპტონის გაზის, როგორც სამუშაო აირის გამოყენებით, მკვლევარმა ჯგუფმა მიაღწია უმაღლესი რიგის ჰარმონიების გენერირებას fsEC-ში. მათ შეასრულეს გრაფიტის Tr-ARPES გაზომვები და დააფიქსირეს სწრაფი თერმიაცია და შემდგომი ნელი რეკომბინაცია არათერმულად აღგზნებული ელექტრონების პოპულაციების, ისევე როგორც არათერმულად უშუალოდ აგზნებული მდგომარეობების დინამიკა ფერმის დონესთან 0,6 ევ-ზე ზემოთ. სინათლის ეს წყარო წარმოადგენს მნიშვნელოვან ინსტრუმენტს რთული მასალების ელექტრონული სტრუქტურის შესასწავლად. თუმცა, fsEC-ში მაღალი რიგის ჰარმონიების გენერაციას აქვს ძალიან მაღალი მოთხოვნები არეკვლის, დისპერსიის კომპენსაციის, ღრუს სიგრძის წვრილად რეგულირებისა და სინქრონიზაციის ჩაკეტვისთვის, რაც დიდად იმოქმედებს რეზონანსით გაძლიერებული ღრუს გაძლიერებაზე. ამავდროულად, გამოწვევაა პლაზმის არაწრფივი ფაზის რეაქცია ღრუს ფოკუსურ წერტილში. ამიტომ, დღეისათვის, ამ სახის სინათლის წყარო არ გახდა მთავარი ექსტრემალური ულტრაიისფერიმაღალი ჰარმონიული სინათლის წყარო.