用于泵浦-探测实验的超短 Ne$^{q+}$ 离子脉冲:数值模拟

为研究离子撞击固体表面后超快动力学的时间分辨实验,需要超短离子泵浦脉冲与适当同步且时间分辨的探测相结合。为实现此类实验,我们研究了一种策略:利用飞秒激光对脉冲超声射流中夹带的原子进行光电离,以产生足够短的离子脉冲。先前工作以生成 Ar$^{q+}$ 离子为目标,但此后已表明氩因在超声膨胀中大量团簇形成而不适用。因此,本文给出数值模拟,研究使用氖作为前体气体,并展示了在 keV 能量与皮秒时长下包含多达约 1000 个 Ne$^{q+}$ 离子的脉冲的可行性。在此过程中,我们证明通过失谐离子聚束系统的飞行时间聚焦条件可显著减小空间电荷展宽。此外,结果表明对聚束器几何结构与电势的受控改变,可在 1 keV 至 5 keV 间可变离子能量下产生皮秒脉冲。