આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોત ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિ

આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોમાં પ્રગતિપ્રકાશ સ્ત્રોત ટેકનોલોજી

તાજેતરના વર્ષોમાં, અત્યંત અલ્ટ્રાવાયોલેટ ઉચ્ચ હાર્મોનિક સ્ત્રોતોએ તેમની મજબૂત સુસંગતતા, ટૂંકા પલ્સ અવધિ અને ઉચ્ચ ફોટોન ઊર્જાને કારણે ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતાના ક્ષેત્રમાં વ્યાપક ધ્યાન ખેંચ્યું છે, અને વિવિધ સ્પેક્ટ્રલ અને ઇમેજિંગ અભ્યાસોમાં તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, આપ્રકાશ સ્ત્રોતઉચ્ચ પુનરાવર્તન આવર્તન, ઉચ્ચ ફોટોન પ્રવાહ, ઉચ્ચ ફોટોન ઊર્જા અને ટૂંકી પલ્સ પહોળાઈ તરફ વિકાસ કરી રહ્યો છે. આ પ્રગતિ માત્ર અત્યંત અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોતોના માપન રીઝોલ્યુશનને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે, પરંતુ ભવિષ્યના તકનીકી વિકાસ વલણો માટે નવી શક્યતાઓ પણ પૂરી પાડે છે. તેથી, અત્યાધુનિક ટેકનોલોજીમાં નિપુણતા મેળવવા અને લાગુ કરવા માટે ઉચ્ચ પુનરાવર્તન આવર્તન અત્યંત અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોતનો ઊંડાણપૂર્વક અભ્યાસ અને સમજ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.

ફેમટોસેકન્ડ અને એટોસેકન્ડ ટાઇમ સ્કેલ પર ઇલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી માપન માટે, એક જ બીમમાં માપવામાં આવતી ઘટનાઓની સંખ્યા ઘણીવાર અપૂરતી હોય છે, જેના કારણે ઓછા રિફ્રીક્વન્સી પ્રકાશ સ્ત્રોતો વિશ્વસનીય આંકડા મેળવવા માટે અપૂરતા હોય છે. તે જ સમયે, ઓછા ફોટોન ફ્લક્સ સાથેનો પ્રકાશ સ્ત્રોત મર્યાદિત એક્સપોઝર સમય દરમિયાન માઇક્રોસ્કોપિક ઇમેજિંગના સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયોને ઘટાડશે. સતત સંશોધન અને પ્રયોગો દ્વારા, સંશોધકોએ ઉચ્ચ પુનરાવર્તન આવર્તન એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશના ઉપજ ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને ટ્રાન્સમિશન ડિઝાઇનમાં ઘણા સુધારા કર્યા છે. ઉચ્ચ પુનરાવર્તન આવર્તન એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલી અદ્યતન સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ તકનીકનો ઉપયોગ સામગ્રીની રચના અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગતિશીલ પ્રક્રિયાના ઉચ્ચ ચોકસાઇ માપનને પ્રાપ્ત કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે.

કોણીય રિઝોલ્વ્ડ ઇલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (ARPES) માપન જેવા આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોતોના ઉપયોગ માટે, નમૂનાને પ્રકાશિત કરવા માટે આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશના બીમની જરૂર પડે છે. નમૂનાની સપાટી પરના ઇલેક્ટ્રોન આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ દ્વારા સતત સ્થિતિમાં ઉત્તેજિત થાય છે, અને ફોટોઇલેક્ટ્રોનના ગતિ ઊર્જા અને ઉત્સર્જન ખૂણામાં નમૂનાની બેન્ડ રચનાની માહિતી હોય છે. કોણીય રિઝોલ્યુશન ફંક્શન સાથે ઇલેક્ટ્રોન વિશ્લેષક રેડિયેટેડ ફોટોઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે અને નમૂનાના સંયોજક બેન્ડની નજીક બેન્ડ રચના મેળવે છે. ઓછી પુનરાવર્તન આવર્તન આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોત માટે, કારણ કે તેના એક પલ્સમાં મોટી સંખ્યામાં ફોટોન હોય છે, તે ટૂંકા સમયમાં નમૂનાની સપાટી પર મોટી સંખ્યામાં ફોટોઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરશે, અને કુલોમ્બ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ફોટોઇલેક્ટ્રોન ગતિ ઊર્જાના વિતરણમાં ગંભીર વિસ્તરણ લાવશે, જેને સ્પેસ ચાર્જ અસર કહેવામાં આવે છે. સ્પેસ ચાર્જ અસરના પ્રભાવને ઘટાડવા માટે, સતત ફોટોન પ્રવાહ જાળવી રાખીને દરેક પલ્સમાં સમાવિષ્ટ ફોટોઇલેક્ટ્રોનને ઘટાડવું જરૂરી છે, તેથી તેને ચલાવવું જરૂરી છે.લેસરઉચ્ચ પુનરાવર્તન આવર્તન સાથે અત્યંત અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોત ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉચ્ચ પુનરાવર્તન આવર્તન સાથે.

રેઝોનન્સ ઉન્નત પોલાણ ટેકનોલોજી MHz પુનરાવર્તન આવર્તન પર ઉચ્ચ ક્રમના હાર્મોનિક્સનું ઉત્પાદન સાકાર કરે છે
60 MHz સુધીના પુનરાવર્તન દર સાથે એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોત મેળવવા માટે, યુનાઇટેડ કિંગડમમાં યુનિવર્સિટી ઓફ બ્રિટિશ કોલંબિયા ખાતે જોન્સ ટીમે વ્યવહારુ એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ સ્ત્રોત પ્રાપ્ત કરવા માટે ફેમટોસેકન્ડ રેઝોનન્સ એન્હાન્સમેન્ટ કેવિટી (fsEC) માં હાઇ ઓર્ડર હાર્મોનિક જનરેશન કર્યું અને તેને સમય-નિરાકરણ કોણીય રિઝોલ્વ્ડ ઇલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (Tr-ARPES) પ્રયોગોમાં લાગુ કર્યું. પ્રકાશ સ્ત્રોત 8 થી 40 eV ની ઉર્જા શ્રેણીમાં 60 MHz ના પુનરાવર્તન દરે સિંગલ હાર્મોનિક સાથે પ્રતિ સેકન્ડ 1011 ફોટોન નંબરો કરતાં વધુ ફોટોન ફ્લક્સ પહોંચાડવા સક્ષમ છે. તેઓએ fsEC માટે બીજ સ્ત્રોત તરીકે ytterbium-ડોપેડ ફાઇબર લેસર સિસ્ટમનો ઉપયોગ કર્યો, અને કેરિયર એન્વલપ ઓફસેટ ફ્રીક્વન્સી (fCEO) અવાજને ઘટાડવા અને એમ્પ્લીફાયર ચેઇનના અંતે સારી પલ્સ કમ્પ્રેશન લાક્ષણિકતાઓ જાળવવા માટે કસ્ટમાઇઝ્ડ લેસર સિસ્ટમ ડિઝાઇન દ્વારા પલ્સ લાક્ષણિકતાઓને નિયંત્રિત કરી. fsEC ની અંદર સ્થિર રેઝોનન્સ એન્હાન્સમેન્ટ પ્રાપ્ત કરવા માટે, તેઓ ફીડબેક કંટ્રોલ માટે ત્રણ સર્વો કંટ્રોલ લૂપ્સનો ઉપયોગ કરે છે, જેના પરિણામે બે ડિગ્રી ફ્રીડમ પર સક્રિય સ્થિરીકરણ થાય છે: fsEC ની અંદર પલ્સ સાયકલિંગનો રાઉન્ડ ટ્રીપ સમય લેસર પલ્સ સમયગાળા સાથે મેળ ખાય છે, અને પલ્સ એન્વેલપ (એટલે ​​કે, કેરિયર એન્વેલપ ફેઝ, ϕCEO) ના સંદર્ભમાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ કેરિયરના ફેઝ શિફ્ટ સાથે મેળ ખાય છે.

ક્રિપ્ટોન ગેસનો કાર્યકારી ગેસ તરીકે ઉપયોગ કરીને, સંશોધન ટીમે fsEC માં ઉચ્ચ-ક્રમ હાર્મોનિક્સનું ઉત્પાદન પ્રાપ્ત કર્યું. તેઓએ ગ્રેફાઇટના Tr-ARPES માપન કર્યા અને ઝડપી થર્મિએશન અને ત્યારબાદ બિન-થર્મલી ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન વસ્તીના ધીમા પુનઃસંયોજનનું અવલોકન કર્યું, તેમજ 0.6 eV થી ઉપર ફર્મી સ્તરની નજીક બિન-થર્મલી સીધી ઉત્તેજિત અવસ્થાઓની ગતિશીલતાનું અવલોકન કર્યું. આ પ્રકાશ સ્ત્રોત જટિલ સામગ્રીના ઇલેક્ટ્રોનિક માળખાના અભ્યાસ માટે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન પૂરું પાડે છે. જો કે, fsEC માં ઉચ્ચ ક્રમ હાર્મોનિક્સના ઉત્પાદનમાં પ્રતિબિંબ, વિક્ષેપ વળતર, પોલાણની લંબાઈનું દંડ ગોઠવણ અને સિંક્રનાઇઝેશન લોકીંગ માટે ખૂબ જ ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ છે, જે રેઝોનન્સ-ઉન્નત પોલાણના ઉન્નતીકરણ ગુણાંકને ખૂબ અસર કરશે. તે જ સમયે, પોલાણના કેન્દ્ર બિંદુ પર પ્લાઝ્માનો બિન-રેખીય તબક્કો પ્રતિભાવ પણ એક પડકાર છે. તેથી, હાલમાં, આ પ્રકારનો પ્રકાશ સ્ત્રોત મુખ્ય પ્રવાહનો આત્યંતિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ બન્યો નથી.ઉચ્ચ હાર્મોનિક પ્રકાશ સ્ત્રોત.