အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည် အရင်းအမြစ် နည်းပညာတိုးတက်မှုများ

အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည် တိုးတက်မှုအလင်းရင်းမြစ်နည်းပညာ

မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း၊ အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်မြင့်မားသော ဟာမိုနစ်ရင်းမြစ်များသည် ၎င်းတို့၏ ခိုင်မာသော စည်းလုံးမှု၊ တိုတောင်းသော pulse duration နှင့် မြင့်မားသော ဖိုတွန်စွမ်းအင်ကြောင့် အီလက်ထရွန် ဒိုင်းနမစ်နယ်ပယ်တွင် ကျယ်ပြန့်သော အာရုံစိုက်မှုကို ရရှိခဲ့ပြီး၊ ရောင်စဉ်နှင့် ပုံရိပ်ဖော်လေ့လာမှုအမျိုးမျိုးတွင် အသုံးပြုခဲ့ကြသည်။ နည်းပညာတိုးတက်မှုနှင့်အတူ၊ ဤအလင်းရင်းမြစ်ထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပေါ်မှုကြိမ်နှုန်းမြင့်မားခြင်း၊ ဖိုတွန်စီးဆင်းမှုမြင့်မားခြင်း၊ ဖိုတွန်စွမ်းအင်မြင့်မားခြင်းနှင့် pulse width တိုတောင်းခြင်းဆီသို့ ဦးတည်တိုးတက်နေပါသည်။ ဤတိုးတက်မှုသည် အလွန်အမင်းခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်အရင်းအမြစ်များ၏ တိုင်းတာမှု resolution ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်စေရုံသာမက အနာဂတ်နည်းပညာဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုလမ်းကြောင်းများအတွက် အခွင့်အလမ်းအသစ်များကိုလည်း ပေးဆောင်ပါသည်။ ထို့ကြောင့် ထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပေါ်မှုကြိမ်နှုန်းမြင့်မားခြင်း အလွန်အမင်းခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်အရင်းအမြစ်အကြောင်း နက်နက်နဲနဲလေ့လာခြင်းနှင့် နားလည်ခြင်းသည် ခေတ်မီနည်းပညာကို ကျွမ်းကျင်စွာအသုံးချရန်အတွက် အလွန်အရေးပါပါသည်။

femtosecond နှင့် attosecond အချိန်စကေးများတွင် အီလက်ထရွန်ရောင်စဉ်တိုင်းတာမှုများအတွက် တစ်ခုတည်းသော ရောင်ခြည်တွင် တိုင်းတာထားသော ဖြစ်ရပ်အရေအတွက်သည် မကြာခဏ မလုံလောက်သောကြောင့်၊ ကြိမ်နှုန်းနိမ့်သော အလင်းရင်းမြစ်များသည် ယုံကြည်စိတ်ချရသော စာရင်းအင်းများရရှိရန် မလုံလောက်ပါ။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ဖိုတွန်စီးဆင်းမှုနည်းသော အလင်းရင်းမြစ်သည် ကန့်သတ်ထားသော ထိတွေ့မှုအချိန်အတွင်း အဏုကြည့်မှန်ပြောင်းဖြင့် ရိုက်ကူးထားသော ပုံရိပ်၏ အချက်ပြမှုနှင့် ဆူညံသံအချိုးကို လျှော့ချပေးမည်ဖြစ်သည်။ စဉ်ဆက်မပြတ် စူးစမ်းလေ့လာခြင်းနှင့် စမ်းသပ်ချက်များမှတစ်ဆင့် သုတေသီများသည် မြင့်မားသော ထပ်တလဲလဲကြိမ်နှုန်း အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်၏ ထုတ်လုပ်မှု အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် ထုတ်လွှင့်မှုဒီဇိုင်းတွင် တိုးတက်မှုများစွာ ပြုလုပ်ခဲ့ကြသည်။ မြင့်မားသော ထပ်တလဲလဲကြိမ်နှုန်း အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည် အလင်းရင်းမြစ်နှင့် ပေါင်းစပ်ထားသော အဆင့်မြင့်ရောင်စဉ်ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုနည်းပညာကို ပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အီလက်ထရွန်းနစ် ဒိုင်းနမစ်လုပ်ငန်းစဉ်၏ မြင့်မားသောတိကျမှုတိုင်းတာမှုကို ရရှိရန် အသုံးပြုခဲ့သည်။

ထောင့်မှန်ပြတ်သားသော အီလက်ထရွန်ရောင်စဉ်တန်း (ARPES) တိုင်းတာမှုများကဲ့သို့သော အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်ရင်းမြစ်များ၏ အသုံးချမှုများသည် နမူနာကို လင်းစေရန် အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်ရောင်ခြည် ရောင်ခြည်တစ်ခု လိုအပ်သည်။ နမူနာမျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ အီလက်ထရွန်များသည် အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်ဖြင့် စဉ်ဆက်မပြတ်အခြေအနေသို့ လှုံ့ဆော်ခံရပြီး ဖိုတိုအီလက်ထရွန်များ၏ ရွေ့လျားစွမ်းအင်နှင့် ထုတ်လွှတ်မှုထောင့်တွင် နမူနာ၏ band structure information များ ပါဝင်သည်။ ထောင့်ပြတ်သားမှုလုပ်ဆောင်ချက်ပါရှိသော အီလက်ထရွန်ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာစက်သည် ဖြာထွက်နေသော ဖိုတိုအီလက်ထရွန်များကို လက်ခံရရှိပြီး နမူနာ၏ valence band အနီးရှိ band structure ကို ရယူသည်။ ထပ်ခါတလဲလဲကြိမ်နှုန်းနိမ့်သော အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်ရင်းမြစ်အတွက်၊ ၎င်း၏ single pulse တွင် ဖိုတွန်အများအပြားပါဝင်သောကြောင့်၊ ၎င်းသည် နမူနာမျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ ဖိုတိုအီလက်ထရွန်အများအပြားကို အချိန်တိုအတွင်း လှုံ့ဆော်ပေးမည်ဖြစ်ပြီး၊ Coulomb interaction သည် ဖိုတိုအီလက်ထရွန်ရွေ့လျားစွမ်းအင်၏ ဖြန့်ဖြူးမှုကို ပြင်းထန်စွာ ကျယ်ပြန့်စေပြီး ၎င်းကို space charge effect ဟုခေါ်သည်။ space charge effect ၏ သြဇာလွှမ်းမိုးမှုကို လျှော့ချရန်အတွက်၊ စဉ်ဆက်မပြတ် ဖိုတွန်စီးဆင်းမှုကို ထိန်းသိမ်းထားစဉ် pulse တစ်ခုစီတွင် ပါဝင်သော ဖိုတိုအီလက်ထရွန်များကို လျှော့ချရန် လိုအပ်သောကြောင့်၊ ၎င်းကို မောင်းနှင်ရန် လိုအပ်သည်လေဆာထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပေါ်သော ကြိမ်နှုန်းမြင့်မားသည့် အစွန်းရောက်ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်အရင်းအမြစ်ကို ထုတ်လုပ်ရန် မြင့်မားသော ထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပေါ်သော ကြိမ်နှုန်းဖြင့်။

Resonance မြှင့်တင်ထားသော cavity နည်းပညာသည် MHz repetition frequency တွင် high order harmonics များထုတ်လုပ်ခြင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်
60 MHz အထိ ထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပေါ်မှုနှုန်းရှိသော အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည် အလင်းအရင်းအမြစ်ကို ရရှိရန် ယူနိုက်တက်ကင်းဒမ်းနိုင်ငံ၊ ဗြိတိသျှကိုလံဘီယာတက္ကသိုလ်မှ Jones အဖွဲ့သည် လက်တွေ့ကျသော အလွန်အမင်း ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည် အလင်းအရင်းအမြစ်တစ်ခု ရရှိရန် femtosecond resonance enhancement cavity (fsEC) တွင် high order harmonic generation ကို ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး ၎င်းကို time-resolved angular resolved electron spectroscopy (Tr-ARPES) စမ်းသပ်ချက်များတွင် အသုံးချခဲ့သည်။ ဤအလင်းအရင်းအမြစ်သည် 8 မှ 40 eV စွမ်းအင်အပိုင်းအခြားတွင် 60 MHz ထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပေါ်မှုနှုန်းဖြင့် တစ်စက္ကန့်လျှင် ဖိုတွန်နံပါတ် 1011 ခုထက်ပိုသော ဖိုတွန် flux ကို ပေးပို့နိုင်သည်။ ၎င်းတို့သည် fsEC အတွက် seed source အဖြစ် ytterbium-doped fiber laser စနစ်ကို အသုံးပြုခဲ့ပြီး carrier envelope offset frequency (fCEO) noise ကို လျှော့ချရန်နှင့် amplifier chain ၏အဆုံးတွင် ကောင်းမွန်သော pulse compression လက္ခဏာများကို ထိန်းသိမ်းရန် စိတ်ကြိုက်လေဆာစနစ်ဒီဇိုင်းမှတစ်ဆင့် ထိန်းချုပ်ထားသော pulse လက္ခဏာများကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ fsEC အတွင်း တည်ငြိမ်သော ပဲ့တင်ထပ်မှု မြှင့်တင်မှုကို ရရှိရန်၊ ၎င်းတို့သည် feedback control အတွက် servo control loops သုံးခုကို အသုံးပြုကြပြီး၊ ဒီဂရီနှစ်ခုတွင် active stabilization ကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်- fsEC အတွင်း pulse cycling ၏ round trip time သည် laser pulse period နှင့် ကိုက်ညီပြီး pulse envelope (ဆိုလိုသည်မှာ carrier envelope phase၊ ϕCEO) နှင့် ပတ်သက်၍ electric field carrier ၏ phase shift သည် ဖြစ်သည်။

krypton ဓာတ်ငွေ့ကို အလုပ်လုပ်သောဓာတ်ငွေ့အဖြစ်အသုံးပြုခြင်းဖြင့် သုတေသနအဖွဲ့သည် fsEC တွင် အဆင့်မြင့် harmonics များထုတ်လုပ်ခြင်းကို ရရှိခဲ့သည်။ ၎င်းတို့သည် ဂရပ်ဖိုက်၏ Tr-ARPES တိုင်းတာမှုများကို လုပ်ဆောင်ခဲ့ပြီး အပူမပေးသော အီလက်ထရွန်လူဦးရေ၏ မြန်ဆန်သော အပူပေးခြင်းနှင့် နောက်ဆက်တွဲ နှေးကွေးသော ပြန်လည်ပေါင်းစပ်မှုအပြင် 0.6 eV အထက် Fermi အဆင့်အနီးတွင် အပူမပေးသော တိုက်ရိုက်လှုံ့ဆော်ထားသော အခြေအနေများ၏ ဒိုင်းနမစ်များကို လေ့လာခဲ့သည်။ ဤအလင်းအရင်းအမြစ်သည် ရှုပ်ထွေးသောပစ္စည်းများ၏ အီလက်ထရွန်ဖွဲ့စည်းပုံကို လေ့လာရန်အတွက် အရေးကြီးသောကိရိယာတစ်ခုကို ပံ့ပိုးပေးသည်။ သို့သော် fsEC တွင် အဆင့်မြင့် harmonics များထုတ်လုပ်ခြင်းသည် ရောင်ပြန်ဟပ်မှု၊ ပျံ့နှံ့မှုလျော်ကြေးပေးမှု၊ cavity အရှည်ကို အသေးစိတ်ချိန်ညှိမှုနှင့် synchronization locking အတွက် အလွန်မြင့်မားသော လိုအပ်ချက်များရှိပြီး ၎င်းသည် resonance-enhanced cavity ၏ enhancement multiple ကို များစွာအကျိုးသက်ရောက်စေမည်ဖြစ်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ cavity ၏ အဓိကအချက်တွင် plasma ၏ nonlinear phase response သည်လည်း စိန်ခေါ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် လက်ရှိတွင် ဤအလင်းအရင်းအမြစ်မျိုးသည် mainstream extreme ultraviolet မဖြစ်သေးပါ။မြင့်မားသော သဟဇာတဖြစ်သော အလင်းရောင်ရင်းမြစ်.