극자외선 광원 기술의 발전

극자외선의 발전광원 기술

최근 극자외선 고조파 광원은 강한 결맞음성, 짧은 펄스 지속 시간, 그리고 높은 광자 에너지로 인해 전자 역학 분야에서 폭넓은 관심을 받고 있으며, 다양한 스펙트럼 및 이미징 연구에 활용되고 있습니다. 기술의 발전으로,광원더 높은 반복 주파수, 더 높은 광자속, 더 높은 광자 에너지, 그리고 더 짧은 펄스 폭을 향해 발전하고 있습니다. 이러한 발전은 극자외선 광원의 측정 분해능을 최적화할 뿐만 아니라 미래 기술 개발 동향에 새로운 가능성을 제공합니다. 따라서 고반복 주파수 극자외선 광원에 대한 심층적인 연구와 이해는 최첨단 기술을 습득하고 적용하는 데 매우 중요합니다.

펨토초 및 아토초 시간 단위의 전자 분광 측정의 경우, 단일 빔에서 측정되는 이벤트 수가 부족한 경우가 많아 낮은 재주파수 광원으로는 신뢰할 수 있는 통계를 얻기에 부족합니다. 동시에, 낮은 광자속을 갖는 광원은 제한된 노출 시간 동안 미세 영상의 신호 대 잡음비를 감소시킵니다. 연구진은 지속적인 탐구와 실험을 통해 고반복 주파수 극자외선의 수율 최적화 및 투과 설계를 크게 개선했습니다. 고반복 주파수 극자외선 광원과 결합된 첨단 스펙트럼 분석 기술은 재료 구조 및 전자 동적 과정의 고정밀 측정을 달성하는 데 사용되었습니다.

각분해능 전자 분광법(ARPES) 측정과 같은 극자외선 광원의 응용에는 시료를 비추기 위한 극자외선 빔이 필요합니다. 시료 표면의 전자는 극자외선에 의해 여기되어 연속 상태로 되고, 광전자의 운동 에너지와 방출 각도는 시료의 밴드 구조 정보를 포함합니다. 각도 분해능 기능이 있는 전자 분석기는 방사된 광전자를 수신하여 시료의 원자가 밴드 근처의 밴드 구조를 얻습니다. 반복 주파수가 낮은 극자외선 광원의 경우, 단일 펄스에 많은 수의 광자가 포함되어 있기 때문에 짧은 시간 내에 시료 표면에서 많은 수의 광전자를 여기시키고 쿨롱 상호작용은 공간 전하 효과라고 하는 광전자 운동 에너지 분포의 심각한 확대를 초래합니다. 공간전하효과의 영향을 줄이기 위해서는 일정한 광자속을 유지하면서 각 펄스에 포함된 광전자를 줄여야 하므로,원자 램프높은 반복 빈도로 극자외선 광원을 높은 반복 빈도로 생성합니다.

공진 강화 캐비티 기술은 MHz 반복 주파수에서 고차 고조파 생성을 실현합니다.
최대 60MHz의 반복률을 갖는 극자외선 광원을 얻기 위해 영국 브리티시 컬럼비아 대학교의 존스 팀은 펨토초 공진 증강 공동(fsEC)에서 고차 고조파 생성을 수행하여 실용적인 극자외선 광원을 구현하고 이를 시간 분해 각 분해 전자 분광법(Tr-ARPES) 실험에 적용했습니다. 이 광원은 8~40eV의 에너지 범위에서 60MHz의 반복률로 단일 고조파를 갖는 초당 1011개 이상의 광자속을 전달할 수 있습니다. 연구팀은 이터븀 첨가 파이버 레이저 시스템을 fsEC의 시드 소스로 사용했으며, 맞춤형 레이저 시스템 설계를 통해 펄스 특성을 제어하여 캐리어 포락선 오프셋 주파수(fCEO) 노이즈를 최소화하고 증폭기 체인의 끝에서 양호한 펄스 압축 특성을 유지했습니다. fsEC 내에서 안정적인 공진 향상을 달성하기 위해 피드백 제어를 위한 3개의 서보 제어 루프를 사용하여 2자유도에서 능동적 안정화를 구현합니다. 즉, fsEC 내에서 펄스 사이클의 왕복 시간이 레이저 펄스 주기와 일치하고 펄스 엔벨로프에 대한 전기장 캐리어의 위상 이동(즉, 캐리어 엔벨로프 위상, ϕCEO)이 발생합니다.

연구팀은 크립톤 가스를 작동 가스로 사용하여 fsEC에서 고차 고조파 생성을 달성했습니다. 흑연의 Tr-ARPES 측정을 수행하여 비열적으로 여기된 전자 집단의 빠른 열화(thermiation)와 그에 따른 느린 재결합, 그리고 0.6 eV 이상의 페르미 준위 근처에서 비열적으로 직접 여기된 상태의 동역학을 관찰했습니다. 이 광원은 복잡한 물질의 전자 구조를 연구하는 데 중요한 도구를 제공합니다. 그러나 fsEC에서 고차 고조파 생성은 반사율, 분산 보상, 공동 길이의 미세 조정, 그리고 동기화 잠금에 대한 매우 높은 요구 조건을 요구하며, 이는 공진 강화 공동의 증폭 배수에 큰 영향을 미칩니다. 동시에, 공동 초점에서 플라즈마의 비선형 위상 응답 또한 과제입니다. 따라서 현재 이러한 종류의 광원은 주류 극자외선 광원이 되지 못했습니다.고조파 광원.