अति पराबैंगनी प्रकाश स्रोत प्रौद्योगिकी में प्रगति

अत्यधिक पराबैंगनी में प्रगतिप्रकाश स्रोत प्रौद्योगिकी

हाल के वर्षों में, अत्यधिक पराबैंगनी उच्च हार्मोनिक स्रोतों ने अपनी प्रबल सुसंगति, अल्प स्पंदन अवधि और उच्च फोटॉन ऊर्जा के कारण इलेक्ट्रॉन गतिकी के क्षेत्र में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है, और इनका उपयोग विभिन्न स्पेक्ट्रल और इमेजिंग अध्ययनों में किया गया है। प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, यहप्रकाश स्रोतउच्च पुनरावृति आवृत्ति, उच्च फोटॉन प्रवाह, उच्च फोटॉन ऊर्जा और कम पल्स चौड़ाई की ओर विकास हो रहा है। यह प्रगति न केवल चरम पराबैंगनी प्रकाश स्रोतों के मापन रिज़ॉल्यूशन को अनुकूलित करती है, बल्कि भविष्य के तकनीकी विकास के रुझानों के लिए नई संभावनाएं भी प्रदान करती है। इसलिए, उच्च पुनरावृति आवृत्ति वाले चरम पराबैंगनी प्रकाश स्रोत का गहन अध्ययन और समझ अत्याधुनिक तकनीक में महारत हासिल करने और उसे लागू करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

फेम्टोसेकंड और एटोसेकंड समय-सीमा पर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी माप के लिए, एक ही किरण में मापी गई घटनाओं की संख्या अक्सर अपर्याप्त होती है, जिससे विश्वसनीय आंकड़े प्राप्त करने के लिए कम आवृत्ति वाले प्रकाश स्रोत अपर्याप्त हो जाते हैं। साथ ही, कम फोटॉन प्रवाह वाला प्रकाश स्रोत सीमित एक्सपोज़र समय के दौरान सूक्ष्मदर्शी इमेजिंग के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को कम कर देता है। निरंतर खोज और प्रयोगों के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने उच्च पुनरावृति आवृत्ति वाले चरम पराबैंगनी प्रकाश के उत्पादन अनुकूलन और संचरण डिज़ाइन में कई सुधार किए हैं। उन्नत स्पेक्ट्रल विश्लेषण तकनीक को उच्च पुनरावृति आवृत्ति वाले चरम पराबैंगनी प्रकाश स्रोत के साथ मिलाकर सामग्री संरचना और इलेक्ट्रॉनिक गतिशील प्रक्रिया के उच्च परिशुद्धता माप को प्राप्त किया गया है।

एंगुलर रिजॉल्व्ड इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ARPES) जैसे मापन में, अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश स्रोतों के अनुप्रयोगों के लिए नमूने को प्रकाशित करने हेतु अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश की किरण की आवश्यकता होती है। नमूने की सतह पर स्थित इलेक्ट्रॉन अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश द्वारा सतत अवस्था में उत्तेजित हो जाते हैं, और फोटोइलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा और उत्सर्जन कोण में नमूने की बैंड संरचना की जानकारी निहित होती है। कोणीय रिज़ॉल्यूशन फ़ंक्शन वाला इलेक्ट्रॉन विश्लेषक विकिरणित फोटोइलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करता है और नमूने के संयोजकता बैंड के निकट बैंड संरचना प्राप्त करता है। कम पुनरावृति आवृत्ति वाले अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश स्रोत के लिए, क्योंकि इसके एकल स्पंद में बड़ी संख्या में फोटॉन होते हैं, यह कम समय में नमूने की सतह पर बड़ी संख्या में फोटोइलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है, और कूलम्ब अंतःक्रिया के कारण फोटोइलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा के वितरण में गंभीर वृद्धि होती है, जिसे स्पेस चार्ज प्रभाव कहा जाता है। स्पेस चार्ज प्रभाव के प्रभाव को कम करने के लिए, स्थिर फोटॉन प्रवाह को बनाए रखते हुए प्रत्येक स्पंद में निहित फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या को कम करना आवश्यक है, इसलिए इसे नियंत्रित करना आवश्यक है।लेज़रउच्च पुनरावृति आवृत्ति के साथ अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश स्रोत का उत्पादन करने के लिए उच्च पुनरावृति आवृत्ति का उपयोग किया जाता है।

रेजोनेंस एनहांस्ड कैविटी तकनीक मेगाहर्ट्ज़ पुनरावृति आवृत्ति पर उच्च क्रम के हार्मोनिक्स के उत्पादन को संभव बनाती है।
60 मेगाहर्ट्ज तक की पुनरावृति दर वाले एक चरम पराबैंगनी प्रकाश स्रोत को प्राप्त करने के लिए, यूनाइटेड किंगडम में ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय के जोन्स दल ने फेमटोसेकंड अनुनाद संवर्धन गुहा (fsEC) में उच्च क्रम हार्मोनिक जनन का प्रयोग करके एक व्यावहारिक चरम पराबैंगनी प्रकाश स्रोत विकसित किया और इसे समय-समाधानित कोणीय-समाधानित इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (Tr-ARPES) प्रयोगों में लागू किया। यह प्रकाश स्रोत 8 से 40 eV की ऊर्जा सीमा में 60 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृति दर पर एकल हार्मोनिक के साथ प्रति सेकंड 10¹¹ से अधिक फोटॉन संख्या का फोटॉन प्रवाह प्रदान करने में सक्षम है। उन्होंने fsEC के लिए एक बीज स्रोत के रूप में यटरबियम-मिश्रित फाइबर लेजर प्रणाली का उपयोग किया, और वाहक लिफाफा ऑफसेट आवृत्ति (fCEO) शोर को कम करने और एम्पलीफायर श्रृंखला के अंत में अच्छी पल्स संपीड़न विशेषताओं को बनाए रखने के लिए एक अनुकूलित लेजर प्रणाली डिजाइन के माध्यम से पल्स विशेषताओं को नियंत्रित किया। fsEC के भीतर स्थिर अनुनाद वृद्धि प्राप्त करने के लिए, वे फीडबैक नियंत्रण के लिए तीन सर्वो नियंत्रण लूप का उपयोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप दो डिग्री स्वतंत्रता पर सक्रिय स्थिरीकरण होता है: fsEC के भीतर पल्स साइक्लिंग का राउंड ट्रिप समय लेजर पल्स अवधि से मेल खाता है, और पल्स लिफाफे के संबंध में विद्युत क्षेत्र वाहक का चरण बदलाव (यानी, वाहक लिफाफा चरण, ϕCEO)।

क्रिप्टन गैस को कार्यशील गैस के रूप में उपयोग करके, शोध दल ने fsEC में उच्च-क्रम हार्मोनिक्स उत्पन्न करने में सफलता प्राप्त की। उन्होंने ग्रेफाइट के Tr-ARPES माप किए और गैर-तापीय रूप से उत्तेजित इलेक्ट्रॉन आबादी के तीव्र तापन और उसके बाद धीमी पुनर्संयोजन, साथ ही 0.6 eV से ऊपर फर्मी स्तर के निकट गैर-तापीय रूप से प्रत्यक्ष रूप से उत्तेजित अवस्थाओं की गतिशीलता का अवलोकन किया। यह प्रकाश स्रोत जटिल पदार्थों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण प्रदान करता है। हालांकि, fsEC में उच्च-क्रम हार्मोनिक्स उत्पन्न करने के लिए परावर्तनशीलता, फैलाव क्षतिपूर्ति, गुहा की लंबाई का सटीक समायोजन और तुल्यकालन लॉकिंग जैसी उच्च आवश्यकताओं की आवश्यकता होती है, जो अनुनाद-संवर्धित गुहा के संवर्धन गुणक को काफी प्रभावित करती हैं। साथ ही, गुहा के केंद्र बिंदु पर प्लाज्मा की अरैखिक चरण प्रतिक्रिया भी एक चुनौती है। इसलिए, वर्तमान में, इस प्रकार का प्रकाश स्रोत मुख्यधारा का चरम पराबैंगनी प्रकाश नहीं बन पाया है।उच्च हार्मोनिक प्रकाश स्रोत.