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.     

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。     

毛细管放电类氖-氩等离子体参数计算

利用北京计算数学与物理研究所编制的一维磁流体力学程序对毛细管放电抽运类氖-氩离子等离子体进行了计算.将等离子体Z箍缩过程分三个阶段进行了分析:初步电离的等离子体被箍缩、加热、电离阶段;等离子体坍塌产生X光阶段;等离子体膨胀激光输出结束阶段.给出了等离子体半径、电子、离子温度和密度、箍缩速度等参数随放电电流的变化.根据Cowan程序对类氖-氩原子参数的计算结果,讨论了在毛细管放电类氖-氩等离子体中形成粒子数反转的可能性.最后,讨论了在类氖-氩等离子体中产生46.9 nm软X光激光的条件:电子密度Ne(0.3-1)*1019 cm-3,电子温度～60 eV;并对软X射线激光能在等离子体中实现传输、放大的条件进行了分析:要求细的等离子体直径(～几百微米),以避免类氖-氩2p-3s谱线的自吸收;径向电子密度分布成凹线形以实现激光的传输.(OA3)     

毛细管快放电中的管壁烧蚀

介绍了一台毛细管快放电软X射线激光实验装置，包括Marx发生器，Blumlein传输线和毛细管放电室等。在充入相同气压的气体(70～90Pa)和相同主脉冲(电流峰值30kA，上升沿30ns)放电条件下，通过观测其放电后的真空紫外波段辐射，对分别采用该装置固有的幅值为7kA和外加的幅值为30A的两种预脉冲时，聚乙烯毛细管和陶瓷毛细管的管壁烧蚀情况进行了研究。实验结果表明，采用7kA预脉冲和聚乙烯毛细管时，管壁烧蚀量大，导致真空紫外波段的积分谱呈连续状；而采用10～30A的预脉冲和高纯度陶瓷毛细管时，则有效地减少了管壁烧蚀量，谱线分辨性好。为进一步提高X射线激光能量转换效率、获得均匀等离子体柱、进而获得激光放大提供了依据。     

毛细管放电X射线激光研究进展

近年来,毛细管放电X射线激光研究工作十分活跃,为短波长激光的研究带来一种全新的概念。较为详尽地总结了这一领域所取得的主要进展,并说明今后发展要注意的问题。对电子碰撞机制毛细管放电X射线激光研究具有一定参考价值。     

毛细管放电X射线激光研究进展

近年来,毛细管放电X射线激光研究工作十分活跃,为短波长激光的研究带来一种全新的概念。较为详尽的总结了这一领域所取得的主要进展,并说明今后发展要注意的问题。对电子碰撞机制毛细管放电X射线激光研究具有一定的参考价值。     

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…     

毛细管快放电激励X光激光实验设计

近年来,有关利用毛细管放电激励产生X光激光的研究十分活跃,国际上已经取得了许多显著的成果,并且正向实现实用化Table-top Laser发展.作者首先介绍了毛细管放电激励X光方案的原理及国内外的重要进展,在对两种典型机制的分析的同时,也阐述了对该方案的发展方向及需要克服难点的看法.     

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。     

类钠Ar~(7 )离子内壳层双电子复合

研究了类钠Ａｒ７＋离子内壳层双电子的复合激发截面，此结果对研制Ｘ射线激光有一定的参考价值，并给出了２ｐ５３ｐ２和２ｐ５３ｄ２组态的双电子复合截面     

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。     

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.     

添加Ne,Ar对N2激光器的影响

本文描述了在汤逊脉冲实验中,添加Ne或Ar气对N2分子激光器的影响。研究结果表明,激光在阴极所释放的初始电子数n0增加约3～6倍。但添加Ne气将使激光脉宽延长10%～25%,而添加Ar气激光脉宽变化甚微。     

Formation dynamics of excited components in discharge XeCl laser plasma from the data of dye laser absorption probing

The absorption spectra in the 335-610 nm spectral range and the time dependences of the concentrations of Xe^*, He^*, Ne^*, Ar^*, Xe+*, Cl-, and XeCl* were measured by the pulse dye laser absorption (gain) probing of the active medium of a XeCl discharge laser for different buffer gas mixtures. The formation dynamics of excited atoms, ions, and excimer molecules is discussed. It is shown that at the initial stage of discharge the dominant process in the formation of XeCl* molecules is the "harpooning" reaction, whereas at the following stages the ion-ion recombination gains predominance. The rate constants of the ionic XeCl* formation reaction are determined for He, Ne, and Ar buffer gases.     

采用聚四氟乙烯板表面预电离放电激发XeF准分子紫外发射谱

无外加氟施主情况下，在装有聚四氟乙烯面预电离板的准分子激光器中，放电激发Ｘｅ／Ｎｅ混合气体产生了ＸｅＦ准分子。研究了中心波长为３５１ｎｍ，３５３ｎｍ和３０８ｎｍ的发射谱。放电激发Ｋｒ／Ｎｅ混合气体，观察到了ＫｒＦ２４８ｎｍ发射谱。     

金属蒸气激光器的直流放电特性

金属蒸气激光器利用He、Ne、N2和Ar作缓冲气体,在高功率电平下的直流放电特性被首次测得。实验表明,He气是用于直流预热的最佳缓冲气体。在200mmHg的He气压和1A的放电电流下,有多于5kW的电功率被注入到等离子体管中去。等离子体管温度在短于1h的时间内达到1400℃的高温。     

六种不同波长激光照射及光敏剂HpD对活体小鼠肿瘤表面漫反射率的影响

本文研究了激光波长及光敏剂对小鼠肿瘤表面的漫反射率的影响。实验采用一套积分球系统及三种激光器（Ａｒ＋激光器，Ｈｅ－Ｎｅ激光器，Ｎｄ：ＹＡＧ激光器）的六种波长的激光（４７６．５ｎｍ，４８８．０ｎｍ，４９６．５ｎｍ，５１４．５ｎｍ，６３２．８ｎｍ，１０６０ｎｍ），测定了注射光敏剂和没有注射光敏剂两组小鼠Ｓ１８０肉瘤表面的漫反射率，结果表明，注射光敏剂和没有注射光敏剂的小鼠肿瘤表面对六种激光的漫反射率无明显差异（Ｐ＞０．０５）；提示在激光光动力学疗法中，计算实际进入肿瘤组织的光剂量时，可以不考虑ＨｐＤ的影响。漫反射率随激光变化的曲线显示，在蓝光和红光范围内，肿瘤表面的漫反射率在５１４．５ｎｍ处有最小值，但总的来说，漫反射率的值变化不大；但在红外区的１０６０ｎｍ处，漫反射率值较大，提示在激光温热疗法中计算光剂量时，应考虑漫反射的影响。