극자외선 광원 기술의 발전

극자외선의 발전광원 기술

최근 몇 년 동안 극자외선 고조파 소스는 강한 일관성, 짧은 펄스 지속 시간 및 높은 광자 에너지로 인해 전자 역학 분야에서 큰 주목을 받았으며 다양한 스펙트럼 및 이미징 연구에 사용되었습니다. 기술이 발전하면서 이런광원더 높은 반복 주파수, 더 높은 광자 플럭스, 더 높은 광자 에너지 및 더 짧은 펄스 폭을 향해 발전하고 있습니다. 이러한 발전은 극자외선 광원의 측정 분해능을 최적화할 뿐만 아니라 미래 기술 개발 동향에 대한 새로운 가능성을 제공합니다. 따라서 높은 반복 주파수의 극자외선 광원에 대한 심층적인 연구와 이해는 첨단 기술을 습득하고 적용하는 데 큰 의미가 있습니다.

펨토초 및 아토초 시간 규모의 전자 분광학 측정의 경우 단일 빔에서 측정된 이벤트 수가 부족한 경우가 많아 저주파수 광원이 신뢰할 수 있는 통계를 얻기에 불충분합니다. 동시에 광자 플럭스가 낮은 광원은 제한된 노출 시간 동안 현미경 이미징의 신호 대 잡음비를 감소시킵니다. 지속적인 탐색과 실험을 통해 연구자들은 높은 반복 주파수 극자외선의 수율 최적화 및 전송 설계에서 많은 개선을 이루었습니다. 높은 반복 주파수의 극자외선 광원과 결합된 고급 스펙트럼 분석 기술을 사용하여 재료 구조 및 전자 동적 프로세스의 고정밀 측정을 달성했습니다.

각도 분해 전자 분광법(ARPES) 측정과 같은 극자외선 광원을 적용하려면 샘플을 비추기 위해 극자외선 광선이 필요합니다. 시료 표면의 전자는 극자외선에 의해 연속상태로 여기되며, 광전자의 운동에너지와 방출각에는 시료의 밴드 구조 정보가 담겨 있습니다. 각도 분해능 기능이 있는 전자 분석기는 방사된 광전자를 수신하여 시료의 가전자대 근처의 밴드 구조를 얻습니다. 반복 주파수가 낮은 극자외선 광원의 경우 단일 펄스에 많은 수의 광자가 포함되어 있기 때문에 짧은 시간에 시료 표면에 많은 수의 광전자가 여기되고 쿨롱 상호 작용으로 인해 분포가 심각하게 넓어집니다. 광전자의 운동에너지를 공간전하효과라 한다. 공간전하 효과의 영향을 줄이기 위해서는 일정한 광자속을 유지하면서 각 펄스에 포함된 광전자를 줄여야 하므로원자 램프높은 반복 주파수를 가진 극자외선 광원을 생성하기 위해 높은 반복 주파수를 사용합니다.

공명 강화 캐비티 기술은 MHz 반복 주파수에서 고차 고조파 생성을 실현합니다.
최대 60MHz의 반복률을 갖는 극자외선 광원을 얻기 위해 영국 브리티시컬럼비아대학교 존스팀은 펨토초 공명 강화 공동(fsEC)에서 고차 고조파 발생을 수행해 실용화에 성공했다. 극자외선 광원을 개발하여 이를 시간분해각분해전자분광법(Tr-ARPES) 실험에 적용했습니다. 광원은 8~40eV의 에너지 범위에서 60MHz의 반복 속도로 단일 고조파를 사용하여 초당 1011개 이상의 광자 플럭스를 전달할 수 있습니다. 그들은 fsEC의 시드 소스로 이터븀 첨가 광섬유 레이저 시스템을 사용했으며 맞춤형 레이저 시스템 설계를 통해 펄스 특성을 제어하여 fCEO(캐리어 포락선 오프셋 주파수) 잡음을 최소화하고 증폭기 체인 끝에서 우수한 펄스 압축 특성을 유지했습니다. fsEC 내에서 안정적인 공명 향상을 달성하기 위해 피드백 제어를 위해 3개의 서보 제어 루프를 사용하여 두 자유도에서 활성 안정화를 얻습니다. fsEC 내 펄스 사이클링의 왕복 시간은 레이저 펄스 주기와 일치하며 위상 변이는 펄스 포락선에 대한 전기장 반송파(즉, 반송파 포락선 위상, ψCEO).

연구팀은 크립톤 가스를 작동 가스로 사용하여 fsEC에서 고차 고조파 생성을 달성했습니다. 그들은 흑연의 Tr-ARPES 측정을 수행하고 열적으로 여기되지 않은 전자 집단의 빠른 열화와 그에 따른 느린 재결합뿐만 아니라 0.6eV 이상의 페르미 준위 근처에서 열적으로 직접 여기되지 않은 상태의 역학을 관찰했습니다. 이 광원은 복잡한 재료의 전자 구조를 연구하는 데 중요한 도구를 제공합니다. 그러나 fsEC에서 고차 고조파를 생성하려면 반사율, 분산 보상, 공동 길이의 미세 조정 및 동기화 잠금에 대한 요구 사항이 매우 높으며 이는 공명 강화 공동의 향상 배수에 큰 영향을 미칩니다. 동시에, 공동의 초점에서 플라즈마의 비선형 위상 응답도 문제입니다. 따라서 현재 이러한 종류의 광원은 주류 극자외선이 되지 않았습니다.고조파 광원.