അങ്ങേയറ്റത്തെ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ പുരോഗതി

തീവ്രമായ അൾട്രാവയലറ്റിലെ പുരോഗതിപ്രകാശ സ്രോതസ്സ് സാങ്കേതികവിദ്യ

സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ശക്തമായ സഹവർത്തിത്വം, കുറഞ്ഞ പൾസ് ദൈർഘ്യം, ഉയർന്ന ഫോട്ടോൺ ഊർജ്ജം എന്നിവ കാരണം ഇലക്ട്രോൺ ഡൈനാമിക്സ് മേഖലയിൽ തീവ്രമായ അൾട്രാവയലറ്റ് ഉയർന്ന ഹാർമോണിക് സ്രോതസ്സുകൾ വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ വിവിധ സ്പെക്ട്രൽ, ഇമേജിംഗ് പഠനങ്ങളിൽ ഇവ ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പുരോഗതിയോടെ, ഇത്പ്രകാശ സ്രോതസ്സ്ഉയർന്ന ആവർത്തന ആവൃത്തി, ഉയർന്ന ഫോട്ടോൺ ഫ്ലക്സ്, ഉയർന്ന ഫോട്ടോൺ ഊർജ്ജം, കുറഞ്ഞ പൾസ് വീതി എന്നിവയിലേക്ക് വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഈ മുന്നേറ്റം അങ്ങേയറ്റത്തെ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകളുടെ അളവ് റെസല്യൂഷൻ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക മാത്രമല്ല, ഭാവിയിലെ സാങ്കേതിക വികസന പ്രവണതകൾക്ക് പുതിയ സാധ്യതകൾ നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ഉയർന്ന ആവർത്തന ആവൃത്തിയിലുള്ള അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സിനെക്കുറിച്ചുള്ള ആഴത്തിലുള്ള പഠനവും ധാരണയും അത്യാധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ പ്രാവീണ്യം നേടുന്നതിനും പ്രയോഗിക്കുന്നതിനും വളരെ പ്രധാനമാണ്.

ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ്, അറ്റോസെക്കൻഡ് സമയ സ്കെയിലുകളിലെ ഇലക്ട്രോൺ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി അളവുകൾക്ക്, ഒരൊറ്റ ബീമിൽ അളക്കുന്ന ഇവന്റുകളുടെ എണ്ണം പലപ്പോഴും അപര്യാപ്തമാണ്, ഇത് വിശ്വസനീയമായ സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കുകൾ ലഭിക്കുന്നതിന് കുറഞ്ഞ റീഫ്രീക്വൻസി പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകളെ അപര്യാപ്തമാക്കുന്നു. അതേസമയം, കുറഞ്ഞ ഫോട്ടോൺ ഫ്ലക്സ് ഉള്ള പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് പരിമിതമായ എക്സ്പോഷർ സമയത്ത് മൈക്രോസ്കോപ്പിക് ഇമേജിംഗിന്റെ സിഗ്നൽ-ടു-നോയിസ് അനുപാതം കുറയ്ക്കും. തുടർച്ചയായ പര്യവേക്ഷണത്തിലൂടെയും പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെയും, ഉയർന്ന ആവർത്തന ആവൃത്തി എക്സ്ട്രീം അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശത്തിന്റെ വിളവ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷനിലും ട്രാൻസ്മിഷൻ രൂപകൽപ്പനയിലും ഗവേഷകർ നിരവധി മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ വരുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഉയർന്ന ആവർത്തന ആവൃത്തി എക്സ്ട്രീം അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സുമായി സംയോജിപ്പിച്ച നൂതന സ്പെക്ട്രൽ വിശകലന സാങ്കേതികവിദ്യ മെറ്റീരിയൽ ഘടനയുടെയും ഇലക്ട്രോണിക് ഡൈനാമിക് പ്രക്രിയയുടെയും ഉയർന്ന കൃത്യത അളക്കൽ കൈവരിക്കാൻ ഉപയോഗിച്ചു.

ആംഗുലർ റിസോൾവ്ഡ് ഇലക്ട്രോൺ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (ARPES) അളവുകൾ പോലുള്ള തീവ്ര അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകളുടെ പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് സാമ്പിൾ പ്രകാശിപ്പിക്കുന്നതിന് തീവ്ര അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശത്തിന്റെ ഒരു ബീം ആവശ്യമാണ്. തീവ്ര അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശം സാമ്പിളിന്റെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളെ തുടർച്ചയായ അവസ്ഥയിലേക്ക് ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഗതികോർജ്ജവും ഉദ്‌വമന ആംഗിളും സാമ്പിളിന്റെ ബാൻഡ് ഘടന വിവരങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ആംഗിൾ റെസല്യൂഷൻ ഫംഗ്ഷനുള്ള ഇലക്ട്രോൺ അനലൈസർ വികിരണം ചെയ്ത ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകൾ സ്വീകരിക്കുകയും സാമ്പിളിന്റെ വാലൻസ് ബാൻഡിനടുത്തുള്ള ബാൻഡ് ഘടന നേടുകയും ചെയ്യുന്നു. കുറഞ്ഞ ആവർത്തന ആവൃത്തിയിലുള്ള തീവ്ര അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സിന്, അതിന്റെ ഒറ്റ പൾസിൽ ധാരാളം ഫോട്ടോണുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, അത് സാമ്പിൾ ഉപരിതലത്തിൽ കുറഞ്ഞ സമയത്തിനുള്ളിൽ ധാരാളം ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കും, കൂടാതെ കൂലോംബ് ഇടപെടൽ ഫോട്ടോഇലക്ട്രോൺ ഗതികോർജ്ജത്തിന്റെ വിതരണത്തിൽ ഗുരുതരമായ വർദ്ധനവ് വരുത്തും, ഇതിനെ സ്പേസ് ചാർജ് ഇഫക്റ്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സ്പേസ് ചാർജ് ഇഫക്റ്റിന്റെ സ്വാധീനം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, സ്ഥിരമായ ഫോട്ടോൺ ഫ്ലക്സ് നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഓരോ പൾസിലും അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകൾ കുറയ്ക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്, അതിനാൽ ഡ്രൈവ് ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.ലേസർഉയർന്ന ആവർത്തന ആവൃത്തിയുള്ള അങ്ങേയറ്റത്തെ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന ആവർത്തന ആവൃത്തിയുള്ള.

റെസൊണൻസ് എൻഹാൻസ്ഡ് കാവിറ്റി ടെക്നോളജി MHz ആവർത്തന ആവൃത്തിയിൽ ഉയർന്ന ഓർഡർ ഹാർമോണിക്സിന്റെ ഉത്പാദനം യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നു.
60 MHz വരെ ആവർത്തന നിരക്കുള്ള ഒരു തീവ്രമായ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് ലഭിക്കുന്നതിന്, യുണൈറ്റഡ് കിംഗ്ഡത്തിലെ ബ്രിട്ടീഷ് കൊളംബിയ സർവകലാശാലയിലെ ജോൺസ് സംഘം ഒരു പ്രായോഗിക തീവ്രമായ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് നേടുന്നതിനായി ഒരു ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് റെസൊണൻസ് എൻഹാൻസ്‌മെന്റ് കാവിറ്റി (fsEC)യിൽ ഉയർന്ന ഓർഡർ ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ നടത്തി, സമയ-പരിഹരിച്ച കോണീയ റിസോൾവ്ഡ് ഇലക്ട്രോൺ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (Tr-ARPES) പരീക്ഷണങ്ങളിൽ ഇത് പ്രയോഗിച്ചു. 8 മുതൽ 40 eV വരെയുള്ള ഊർജ്ജ ശ്രേണിയിൽ 60 MHz എന്ന ആവർത്തന നിരക്കിൽ ഒരൊറ്റ ഹാർമോണിക് ഉപയോഗിച്ച് സെക്കൻഡിൽ 1011 ഫോട്ടോൺ സംഖ്യകളിൽ കൂടുതൽ ഫോട്ടോൺ ഫ്ലക്സ് നൽകാൻ പ്രകാശ സ്രോതസ്സിന് കഴിയും. fsEC-യുടെ സീഡ് സ്രോതസ്സായി അവർ ഒരു യെറ്റർബിയം-ഡോപ്പ് ചെയ്ത ഫൈബർ ലേസർ സിസ്റ്റം ഉപയോഗിച്ചു, കൂടാതെ കാരിയർ എൻവലപ്പ് ഓഫ്‌സെറ്റ് ഫ്രീക്വൻസി (fCEO) ശബ്ദം കുറയ്ക്കുന്നതിനും ആംപ്ലിഫയർ ചെയിനിന്റെ അവസാനം നല്ല പൾസ് കംപ്രഷൻ സവിശേഷതകൾ നിലനിർത്തുന്നതിനും ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കിയ ലേസർ സിസ്റ്റം ഡിസൈൻ വഴി പൾസ് സവിശേഷതകൾ നിയന്ത്രിച്ചു. fsEC-യിൽ സ്ഥിരതയുള്ള അനുരണന മെച്ചപ്പെടുത്തൽ നേടുന്നതിന്, ഫീഡ്‌ബാക്ക് നിയന്ത്രണത്തിനായി അവർ മൂന്ന് സെർവോ കൺട്രോൾ ലൂപ്പുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് രണ്ട് ഡിഗ്രി ഫ്രീഡത്തിൽ സജീവമായ സ്ഥിരത കൈവരിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു: fsEC-യിലെ പൾസ് സൈക്ലിംഗിന്റെ റൗണ്ട് ട്രിപ്പ് സമയം ലേസർ പൾസ് കാലയളവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ പൾസ് എൻവലപ്പുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് കാരിയറിന്റെ ഫേസ് ഷിഫ്റ്റും (അതായത്, കാരിയർ എൻവലപ്പ് ഘട്ടം, ϕCEO).

ക്രിപ്റ്റൺ വാതകം പ്രവർത്തന വാതകമായി ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട്, ഗവേഷണ സംഘം fsEC-യിൽ ഉയർന്ന ഓർഡർ ഹാർമോണിക്‌സിന്റെ ഉത്പാദനം നേടി. അവർ ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ Tr-ARPES അളവുകൾ നടത്തി, താപപരമായി ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടാത്ത ഇലക്ട്രോൺ പോപ്പുലേഷനുകളുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള തെർമിയേഷനും തുടർന്നുള്ള സാവധാനത്തിലുള്ള പുനഃസംയോജനവും, 0.6 eV-ന് മുകളിലുള്ള ഫെർമി ലെവലിനടുത്തുള്ള താപപരമായി നേരിട്ട് ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടാത്ത അവസ്ഥകളുടെ ചലനാത്മകതയും നിരീക്ഷിച്ചു. സങ്കീർണ്ണമായ വസ്തുക്കളുടെ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടന പഠിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന ഉപകരണം ഈ പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് നൽകുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, fsEC-യിലെ ഉയർന്ന ഓർഡർ ഹാർമോണിക്‌സിന്റെ ഉത്പാദനത്തിന് പ്രതിഫലനക്ഷമത, വിതരണ നഷ്ടപരിഹാരം, അറയുടെ നീളത്തിന്റെ മികച്ച ക്രമീകരണം, സിൻക്രൊണൈസേഷൻ ലോക്കിംഗ് എന്നിവയ്ക്ക് വളരെ ഉയർന്ന ആവശ്യകതകളുണ്ട്, ഇത് അനുരണനം-വർദ്ധിപ്പിച്ച അറയുടെ എൻഹാൻസ്‌മെന്റ് ഗുണിതത്തെ വളരെയധികം ബാധിക്കും. അതേസമയം, അറയുടെ ഫോക്കൽ പോയിന്റിൽ പ്ലാസ്മയുടെ നോൺ-ലീനിയർ ഫേസ് പ്രതികരണവും ഒരു വെല്ലുവിളിയാണ്. അതിനാൽ, നിലവിൽ, ഇത്തരത്തിലുള്ള പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് മുഖ്യധാരാ അങ്ങേയറ്റത്തെ അൾട്രാവയലറ്റായി മാറിയിട്ടില്ല.ഉയർന്ന ഹാർമോണിക് പ്രകാശ സ്രോതസ്സ്.