毛细管放电激励类氖-氩离子X光激光研究

以类氖 氩离子跃迁线为例 ,应用一维的Lagrangian程序———XDCH研究了毛细管放电碰撞机制激励软X光激光的物理机制 ;对等离子体的Z 箍缩过程和 46 9nm谱线产生增益的条件进行了讨论 ;并分析了毛细管放电装置中产生软X激光的可能性。     

毛细管放电Z箍缩等离子体雪靶模型

估算了毛细管放电类氖氩46.9 nm软X射线激光的放电参数,讨论了放电过程中毛细管阻抗特性的变化.并从等离子体Z箍缩效应的原理出发,根据产生高温、高密度等离子体的雪耙模型,建立了毛细管放电条件下的方程组,对等离子体柱半径及等离子体坍塌时间进行了计算.     

毛细管放电抽运软X光激光产生条件的实验研究

实验探索了较低氩气气压下激光产生的条件。利用X射线二极管（XRD）测量了毛细管放电激励类氖氩46．9nm软X光激光的输出。在其他实验参量不变的情况下，改变主脉冲电流的波形，比较了激光尖峰与背景光的相对位置。实验结果表明，当氩气气压为23Pa时，激光产生时间相对于不同的电流上升沿是一个在小范围内基本稳定的值，约为40ns左右；激光尖峰产生于背景光的峰值附近，表明激光尖峰是产生在等离子体被压缩到轴心后的停滞阶段。实验结果证实了只有当等离子体的电子温度、电子密度同时在最佳范围时才能产生软X光激光，并且主脉冲电流对等离子体压缩加热到合适产生激光的电子温度需要一个相对同定的时间；这个时间与主脉冲电流前沿的快慢无关。     

结构简单的X射线二极管及其性能指标测定

研制了一种可用于测量软X光辐射的X射线二极管(XRD).该XRD具有结构简单、对偏压及真空度要求较低、响应面积大等特点.分析了 XRD的响应时间和饱和电流等特性,给出了能量计算公式,同时采用同步辐射光源对XRD进行了能壁标定,标定结果与理论计算结果一致.利用该XRD对毛细管放电类氖氩46.9 nm激光脉宽和能量进行了测量.     

在高度饱和桌面毛细管放电放大器中以4Hz重复率产生毫焦耳级软X射线激光脉冲

软 X射线激光有别于其它相干软 X射线辐射源的特性是其产生高能脉冲的潜力。由大型光学激光抽运的软 X射线激光输出能量已达几个毫焦耳。然而产生这些软 X射线激光脉冲的激光装置很大 ,而且它们的重复率限于几分钟一次或更少。前几年在研制以较高重复率运转的桌面软 X射线放大器方面已取得重要进展 [1 ]。在最近的工作中已演示用非常紧凑的桌面器件以 4Hz重复率产生毫焦耳量级的软 X射线激光脉冲[2 ] 。该结果在长 34 .5 cm毛细管放电等离子体柱中激发类氖氩电子在 46 .9nm波长上获得。这样的放大长度允许其增益长度乘积比获增益饱和所需…     

提高毛细管放电类氖氩46.9 nm软X射线激光强度的研究

为了提高毛细管放电类氖氩46.9 nm软X射线激光的强度,研究了工作介质中气体的掺杂对激光强度的影响。研究表明,在纯Ar中掺入适量的He显著地提高了激光的输出强度。通过对比在Ar中掺入Ne、N2以及Kr等其他气体的实验,系统地分析了He的掺入对等离子温度的影响,找到了在特定工作气压下最佳的掺杂比,有利于进一步提高毛细管放电46.9 nm软X射线激光的强度。在放电等离子体极紫外光刻（EUVL）光源研究过程中,也采用了在Xe中掺入适量He的方式以提高13.5 nm的输出强度。     

毛细管放电装置主开关结构对产生软X射线激光的影响

流过毛细管的电流,将直接影响箍缩过程中等离子体的状态,进而影响软X射线激光的产生。由于主开关的导通电感将影响电流波形,因此提出了使用不同结构的主开关电极来改变毛细管电流波形的方案,以寻找最适合毛细管放电软X射线激光产生的电流波形。实验用三种不同结构的主开关电极,观察了主开关导通电感的改变及其对电流波形的幅值和脉宽的影响。根据导通电感的估算结果,利用脉冲功率理论,计算了电流幅值和脉宽的改变情况,并与实验结果进行了比较。实验观察了电流波形的改变对软X射线激光尖峰信号的影响。实验结果表明,放电间隙为3 cm的圆环-圆盘型主开关最适合软X射线激光的输出。     

掺氢溴化亚铜激光器动态阻抗的研究

重点用固定比例的氖氢混合气体研究和比较了掺H前后激光器的光电脉冲波形和等离子体动态阻抗.实验装置采用普通倍压充电通过闸流管放电电路.放电电压用Tektronix P6015A高压探头跨接于激光放电管电极测量(阳极接地),放电电流用Pearson Model 410 脉冲电流转换器套接在激光放电管阳极引线上探测,快响应光电二极管测光脉冲波形.实验分别在纯氖气和掺H 2%、2.5%的氖氢混合气体稳定流动的情况下进行,激光器稳定工作时,测量激光管电压和电流波形,以及激光脉冲波形,同时记录采样数据.实验结果表明,掺入2%的氢使放电激励的电压幅度增加了约34%,而电流脉冲幅度却下降了约23%,激励阶段激光放电管的等离子体阻抗增加了约3倍;光脉冲宽度明显增大. 我们认为H的加入改变了放电的微观过程,使得激光放电管中等离子体阻抗增加.再深入的研究表明 H对电子有很强的可剥离吸附作用,在放电余辉期,H吸附了大量的电子,导致电子密度减少,等离子体电阻增加,使激发态原子和离子能快速地消激励.(PC1)     

快速Z箍缩时毛细管放电软X射线尖峰的激光特性

在低气压(25 Pa)快电流前沿(27 ns)下,利用镀金X射线二极管(XRD)测量获得了毛细管放电软X射线激光尖峰输出.研究该软X射线激光输出特性,为其未来的应用打下基础.低气压和快前沿导致等离子体的快速箍缩,此时激光产生于背景光峰值附近,脉宽1.6 ns.实验测量了快速Z箍缩时激光的束散角和增益特性.采用小孔扫描法,测得激光束散角为5.3 mrad.通过改变增益介质长度的方法,测得介质的增益系数为0.45 cm-1,最大的增益长度积为8.28.此外利用单色仪在46.9 nm处测得了激光尖峰输出.     

类镍氪32.8nm激光系统的增益特性理论研究

为了研究类镍氪32.8nm激光输出所需的等离子体状态,利用Cowan程序计算了类镍氪32.8nm激光系统的有关原子参数。根据能级参数,建立并求解了准稳态近似下的有关能级速率方程,计算获得了激光上、下能级的相对粒子数密度和相对增益系数随电子温度和电子密度的变化规律,并分析了3d94p、3d94d和3d94f组态的能级对激光产生的影响。通过理论计算得到实现类镍氪32.8nm激光输出所需的最佳等离子体状态。最佳电子温度约为75eV,最佳电子密度约为1018 cm-3。计算结果为未来开展毛细管放电抽运类镍氪32.8nm激光实验提供了理论依据。     

激光产生MgIX等离子体软X射线谱的识别

用掠入射光栅光谱仪拍摄了4～12nm波段范围内镁的激光等离子体软X射线发射光谱。利用等电子数序列离子光谱的规律性,对镁的类铍电离级离子跃迁的软X光谱线进行了识别。     

ThLXXXI、ULXXXIII离子2P~53l组态能级及2P~53l-3l’跃迁波长和振子强度计算

我们使用相对论多组态Dirac-Fock程序计算了ThLXXXI和ULXXXIII离子的2p~53l组态精细结构能级,以及2p~53l-3l′态跃迁波长和振子强度.计算结果表明,ThLXXXI、ULXXXIII离子在激光等离子体中能够产生波长λ<0.3mn软X射线相干辐射.这是天然最重的稳定元素类氖离子2p~53l组态能级跃迁所能产生的最短相干辐射波长值.     

动力学压缩的氙等离子体激光器的参量

在氙等离子体柱的动力学压缩期间,已发现三次电离的氙出现激射。已探测到近紫外到橙色波段上的激光谱线。测量了它们的峰值功率、发生时间、持续时间、波长和相干长度。找到了最佳电流和压力,并与別的公布结果进行了此较。此外,使用了箍縮等离子体的简化模型,以及收缩柱的扫描摄影机照片和电子密度的对间分辨干涉测量结果,用以估计电子的温度。氙等离子体的电子密度、温度和电导率的值与公布的强电洸脉冲氩离子激光嚣的结果非常接近。     

毛细管放电软X射线激光研究进展

近几年来实用型、台式软X射线激光器发展非常迅速，特别是毛细管放电抽运的X射线激光源，已经获得46.9nm近1mJ激光输出，重复率4Hz。该台式激光器在等离子体诊断、物质烧熔等方面已经开展了初步的应用实验。本文首先简介了利用毛细管放电抽运X射线激光器的两种物理机制：电子碰撞机制和三体复合机制。然后着重介绍毛细管放电碰撞机制软X射线激光的研究进展，包括实验方案、实验装置、增益测量实验及初步的应用。对毛细管放电软X射线激光的几个关键性问题进行了讨论。     

放电电极对毛细管放电软X光激光的影响

自软X光激光发现以来,实现低激发阈、台式软X光激光一直是一个十分重要的研究方向.利用毛细管放电激励产生软X光激光,是实现台式软X光激光的主要方案之一.实验采用20 cm长的毛细管,利用X射线二极管(XRD)探测了毛细管放电抽运软X光46.9 nm激光输出.研究表明,放电电极的材料并不是影响激光输出质量的决定性因素.但考虑到电极元素的飞溅,在长时间的实验研究中,选择钼电极更为有利.电极形状在放电过程中只影响预脉冲的导通情况,而对激光影响并不大.在更长毛细管的实验中,选择锥状端面的电极将有利于预脉冲的导通,以便获得激光输出.     

准分子激光器的电子束预电离及X光预电离

本文从预电离电子密度、激光输出能量及放电特性等方面对用于准分子激光器的电子束预电离及X光预电离进行了研究和比较。     

互组合线共振光激发NaXI离子的粒子数反转研究

利用高功率钕玻璃激光辐照表面涂铝的氯化钠复合平面靶形成高度电离的等离子体,观察到了由类氦AlⅫ离子互组合线共振光激发泵浦产生的类氢NaⅪ离子相应于软X射线波段(λ_(54)=33.4nm)的粒子数反转.g_4N_5/g_5N_4=7.5.     

脉冲放电及紫外光电离电子密度实验研究

用X波段外差式微波干涉仪,测得了脉冲放电余辉电子密度以及TEACO_2激光器、HF激光器紫外光预电离的电子密度。文中给出等离子体分布不均匀引起的微波相移计算公式。     

延时对毛细管放电类氖氩46.9 nm软X光激光的影响

研究了预、主脉冲延时这一敏感参量在低气压下对毛细管放电类氖氩46.9 nm软X光激光的影响。实验表明,采用长度20 cm(钼电极长4 cm),直径3 mm的陶瓷毛细管,当主脉冲电流峰值稳定在20~21 kA,氩气气压为38 Pa时,激光输出对应的预、主脉冲延时范围为2.5μs<τ<12.5μs,获得较大激光输出的延时范围为3.5μs<τ<8.5μs,延时5.8μs时获得了最大的激光输出。随着气压的缓慢增加,出现最大激光输出的延时也逐渐增大。实验也证实了不同的气压有其特定的延时范围,但差别较小。     

等离子体波导中光场感应电离软X射线激光研究进展

利用等离子体波导实现光场感应电离(OFI)X射线激光放大,一方面可以降低产生X射线激光的抽运激光阈值,从而提高由于自散焦而降低的有效激光功率密度;另一方面,由于等离子体中产生的大量电子被束缚在等离子体波导内,降低x光信号色散影响,可以大大提高激光增益长度,这是一种实现台上X射线激光新的抽运机制.详细介绍了光场感应电离x射线激光、强激光等离子体波导以及等离子体波导中光场感应电离X射线激光的研究进展.