研究目的
利用腔增强高次谐波产生技术,开发一种高重复频率、高光子能量、高通量的极紫外光源,以克服阿秒光电子能谱中的空间电荷限制,从而实现对固体和纳米结构中电子动力学更快速、更精确的测量。
研究成果
所开发的18.4兆赫重复频率腔增强高次谐波光源,在空间电荷限制条件下使光电子流强显著提升(超过两个数量级),从而实现更快、更稳定的阿秒光电子能谱测量。该技术将测量时间从数天缩短至数分钟,缓解了样品污染问题,并提供约36阿秒的高时间分辨率。该技术可扩展至更高光子能量,有望应用于固体与纳米结构中的多维阿秒计量学领域。
研究不足
XUV通量在从HHG源到样品的过程中因反射光学元件衰减约97%,限制了可实现的光电子通量。LAD模式下的能量分辨率因色差降至约1电子伏特。系统长期漂移会影响超过160秒的测量稳定性。当前装置针对基于RABBITT的计量学进行了优化,若用于条纹相机等其他阿秒技术可能需要调整。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用由飞秒激光系统驱动的腔增强高次谐波产生(HHG)装置。使用主振荡器-功率放大器(MOPA)构型,经非线性脉冲压缩后通过飞秒增强腔(EC)在氩气中实现HHG。检测采用飞行时间(ToF)光电子能谱技术,包含漂移模式(DM)和大角色散模式(LAD)两种工作模式。
2:样品选择与数据来源:
以单晶钨(110)靶材作为光电子发射样品,通过XUV辐照释放的光电子进行飞行时间能谱测量获取数据。
3:实验设备与材料清单:
关键设备包括钛宝石振荡器、掺镱光纤放大器、用于光谱展宽的多通池、压缩用啁啾镜、带穿孔镜的蝶形增强腔(用于XUV输出)、端焰式氩气喷嘴靶、XUV多层膜反射镜、飞行时间谱仪(Themis 1000,SPECS公司)、减速栅极及各类光学元件(分束器、金镜)。材料包含熔融石英、氩气和钨晶体。
4:实验流程与操作规范:
从钛宝石振荡器输出的脉冲经18.4 MHz选频、放大、非线性压缩至亚40飞秒后进入增强腔。驱动氩气产生HHG,通过穿孔镜耦合输出XUV光束,聚焦至钨样品表面,光电子由飞行时间谱仪检测。阿秒量级测量时采用配备延迟平台的XUV-NIR干涉仪。
5:4 MHz选频、放大、非线性压缩至亚40飞秒后进入增强腔。驱动氩气产生HHG,通过穿孔镜耦合输出XUV光束,聚焦至钨样品表面,光电子由飞行时间谱仪检测。阿秒量级测量时采用配备延迟平台的XUV-NIR干涉仪。
数据分析方法:
5. 数据分析方法:分析光电子能谱的计数率、能量分辨率及空间电荷效应。通过拟合激光辅助光电发射中的边带调制提取时间精度,统计分析包含测量值随时间变化的标准偏差计算。
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