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。     

用激光脉冲列开发小型软X射线激光

1．前言X射线显微镜、X射线光刻等各种实际应用所期待的X射线激光的开发研究正在世界范围内进行。特别是利用固体靶在1kJ以下的照射能量，证实了能产生强的放大自发辐射（ASE），各国集中力量开展用电子碰撞激发机制的类氖Ge离子X射线研究。以确认增益饱和为目的的各种实验成果已有报道。日本理化研究所提出的用激光脉冲列激发X射线激光的方案，已由劳伦斯·里弗莫尔实验室和大皈大学所验证，确认了等离子体逐次有效的加热作用，公认为是一种有效的激发手段。但是，用这种方法产生类氖Ge离子X射线激光（波长19．6nm，23．6nm）也需要几…     

激光驱动纳米须靶产生X射线转换效率研究

在研究超强激光与物质相互作用中,研究的焦点通常需要高质量的光源来诊断动态物质的结构。为了获得高亮度、准单能和高对比度X射线光源,改变物质及其结构来增强吸收激光能量和提高激光X射线的转换效率。利用多孔结构原理,设计了直径为200 nm、密度为铜70%的纳米铜靶。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心星光-Ⅲ激光装置上进行实验,作用于靶表面的飞秒激光强度大于21018 Wcm-2,利用单光子计数型X射线CCD测量了Ka特征X射线,获得的Ka光子峰值产额达到了3.6108 photonssr-1s-1,X射线最大转换效率达到0.008 68%,是平面铜靶转换效率的1.2倍。实验表明纳米须结构能够有效增强飞秒激光的能量吸收,增强了超强激光转换成电子和X射线的转换效率。     

用激光脉冲列研制X射线显微镜

1．前言生物体内的水分，比碳、氮、氧和钙等元素对波长在2．3～4．4um的水窗X射线吸收更弱，因此可以在含水分的情况下，利用水窗波段的X射线对生物体内上述轻元素的空间分布情况进行观察。本文介绍观察生物体样品X射线显微镜的预备实验。2.实验装置实验装置大致分为三部分：产生激光脉冲列的激光器，X射线产生装置和图像处理系统。激光器以外的装置概图如图1所示。Nd：YAG激光脉冲由反射镜、光束分束器等形成脉冲列，经倍频后照射Mo（钥）靶。由波长0．53tim、脉宽为100ps、脉冲间限为3O0ps的出个脉冲，总共IJ的激光照射靶时就产生X…     

用于超短强激光与气体靶相互作用实验的新型前置差分抽运系统

介绍了用于超短超强激光脉冲 -脉冲气体靶相互作用研究的新型差分抽运系统 ,与高效高分辨率大面积透射光栅光谱仪配合 ,进行了超短激光脉冲辐照下氩气喷靶的软 X射线发射特性的实验研究。实验表明 ,该谱仪有足够的灵敏度参与超短强激光脉冲辐照气体靶的软 X射线产生、X射线激光乃至高次谐波实验的软 X射线光谱诊断工作。     

X射线预电离的KrF激光器——预电离电子数对于激光输出的影响

报导X射线预电离KrF激光器的输出特性。闪发X射线发生器在本研究中用来在激光气体中产生1.5×10⁸电子/cm3。采用X射线预电离得到了140 mJ的输出能量，给出0.93%的电效率，比用金属丝电晕放电预电离得到的70 mJ大得多。KrF激光发射由初始电子密度约为10⁶/cm3开始检测到，并且发现激光能量随初始电子数密度的增加而增加。     

硬X射线自由电子激光分束延迟光学系统

为解决硬X射线自由电子激光装置难以提供皮秒至纳秒区间时间分辨的问题，提出了面向目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置分束延迟的系统设计。采用基于晶体衍射的延迟方法设计分束延迟光学系统，计算了延迟时间范围，模拟了系统光通量，搭建了一台样机并进行了光路对准实验。该设计采用空间分光方式，将入射脉冲分为两个部分，并通过路程差在二者之间引入时间延迟，具体的原理样机设计适用于光子能量在7～11 keV范围，最多能实现-15.4～503.3 ps的时间延迟。使用Shadow模拟了样机设计的光通量，两个分支光通量分别为33.54%和33.64%，符合1∶1的设计目标。使用绿光激光进行了样机的光路对准实验，证明该样机能使空间分光后的两束光重新复合，为后续X射线验证实验提供基础。该设计具有空间尺寸小、延迟范围大、入射能量和延迟时间连续可调的优点，为上海硬X射线自由电子激光装置的分束延迟系统研制提供参考。     

微微秒X射线等离子体辐射的测定

借助高速X射线图象变换照相机，已经直接测得X射线激光等离子体辐射。这种照相机以单帧方式运转，其曝光时间范围为5毫微秒到0.6微秒，以条纹方式运转时，条纹速度为5×10⁹到5×10²厘米/秒。条纹方式的时间分辨率的计算值大约是5微微秒。使10微微秒、1~2焦耳的激光脉冲聚焦在置于真空室中的钛靶上，得到了等离子体。记录到的X射线脉冲的半宽度变化范围为30~60微微秒。     

在激光靶丸压缩实验中获得亚微米分辨率X射线成象技术的光学模拟

在拟议中的用几千焦耳的多光束激光驱动的靶丸压缩实验中，预计高温压缩核心尺寸约为1微米。目前使用三类仪器来获得在此种实验中该核发出的X射线辐射的空间的信息：（a)针孔照相机，（b)X射线掠入射显微镜；（c)菲涅耳波带片。     

研究辐射与金属靶相互作用和反射测量的小型脉冲X射线激光器的光束聚焦

引言由于产生软 X射线激光器的特点 (没有谐振腔 ,增益介质的不均匀性 ) ,要求仔细研究激光辐射的时空特性和能量特性、它的相干性和光谱成分等。本文根据被照射靶的烧蚀孔形状 ,研究了文献 [1 ]叙述的装置的激光束在球面镜焦散面处的激光束强度的空间分布 ,并研究了软 X射线激光在反射测量中的应用。1　软 X射线激光聚焦时的烧蚀软 X射线激光束聚焦后会达到非常高的辐射强度 ,这就开发了其应用的新可能性。在不久之前的实验[2 ] 中 ,Al的类 L i离子的复合激光器纳焦耳脉冲 (λ=1 5 .47nm)聚焦后产生强度为～ 1 0 7W/cm2 的亚微米尺寸的…     

靶的原子成分对飞秒激光等离子体非相干硬X射线的影响

提高飞秒稠密激光等离子体硬 X射线产额方面的研究对于高时间分辨 X射线光谱学、稠密等离子体低核能级的激发和非线性 X射线光学必需的非相干 X射线超短脉冲振荡是有意义的。靶面激光特性 (强度、脉宽和衬比度 )的最佳化和靶材原子序数的最佳选择都可提高X射线振荡的效率。激光辐射转化为软 X射线辐射 (量子能1 .2 ke V以下 )与靶物质原子序数 Z关系的研究已有报道。业已查明 ,软 X射线脉宽与靶类型关系不大 ,约为 4～ 6 ps。 0 .8～ 1 .2ke V范围等离子体的发光度也与靶类型关系不大 ,但是 2 0 0～ 30 0 e V范围内的能量转换效率却有 …     

激光等离子体X射线成像诊断研究

为了诊断激光等离 子体X射线二维空间信息,基于Bragg衍射原理建立了等离子体X射线背光成像系统,其核心 元件为石英球面弯曲晶 体,弯曲半径为143mm。在中国工程物理研究院神光III原型激光装 置上,利用建立的系统,进行了单色X射线背光成像实验,激光聚焦到平面 Mg靶中心聚爆产生高温等离子体X射线为背光源,成像物体为15μm ×15μm网格阵列,X射线CCD得到了清晰的Mg靶 单色X射线二维网格图像。通过对背光图像分析,在7.8mm×2.6mm的视场范围,成像系统得到空间分辨率为5μm。实验 结果表明,基于石英球面弯曲晶体的X射线背光成像系统可以用于等离子体X射线诊断研究。     

利用X射线压缩新的聚变靶

劳伦斯·利弗莫尔实验室正试验新靶设计，这个设计利用短波长激光可能改善聚变靶聚爆的对称性。入射到这种靶上的激光能量首先转变成热X射线，然后由X射线激励靶球聚爆。可是海军研究实验室的波德纳（Stephen Ε. Bodner)说,对于由激光能量直接激励聚爆的其他靶，氟化氢激光器可熊是最好的激励源。他解释说，用1到3微米范围的激光可能得到的较好的对称性应能抵销较短波长激光的其他优点。     

类锂硅离子软X射线激光:能级结构、辐射跃迁波长和速率

根据“类锂硅离子软X射线激光实验研究”一文,本文从理论上考察了该激光的主要光谱性质。并且猜想了该激光器的最可几泵浦机制。     

自由电子抽运X射线激光的理论探讨

X射线激光是激光物理与等离子物理中的一个重要研究领域。目前，X射线激光研究多采用毛细管放电、高功率激光的多脉冲和短脉冲等抽运方式，而且绝大多数研究局限于软X射线波段。借鉴自由电子激光器的组成结构，提出一种产生X射线激光的新方案：用钨制成毛细管的空心电极取代自由电子激光器内的摇摆器，内充特定金属蒸气，如铜蒸气之类，使自由电子激光器变成自由电子抽运X射线激光器。运用电子碰撞电离、强流粒子束平衡体系理论方程与等离子复合特性等理论对这种新型X射线激光器的工作原理及其方案的可行性作了进一步的理论分析与探讨。     

光场感生电离X射线激光

从理论和实验两个方面对近年来被认为很有希望实现台上X射线激光的新的泵浦机制-基于光场感生电离的复合机制和电子碰撞机制所取得的进展作了较为详尽的总结,对进一步开展X射线激光,特别是基于光场感生电离的X射线激光的研究具有一定的参考价值.     

由飞秒激光产生X射线

1　前言　　最近 ,飞秒高强度激光取得了突飞猛进的发展 ,可以通过将小规模实验设备得到的激光进行聚焦 ,实现相当于氢原子玻尔半径内的原子内电场的强度 [1 ]。由于这种激光的使用 ,电离原子的 X射线激光器、超高速非相干 X射线的产生、通过稀有气体产生高次谐波等项目均取得了进展 ,还开始尝试将飞秒领域的 X射线脉冲用于化学研究 [2 ]。此外 ,非专业从事飞秒高亮度激光研究的人员也逐渐通过市售产品 ,将 2 0 TW以下的装置用于实验 [3 ]。 1999年 5月在美国举行的CL EO‘99会议上 ,还发表了将 13fs的钛蓝宝石激光在氩气中聚焦 ,得到了…     

13nm投影光刻用激光等离子体软X射线源

软X射线投影光刻能够制作出特征线宽小于0．1μm的线条。激光等离子作源的研究是软X射线投影光刻中几项关键技术之一。本文报道了13nm投影光刻用激光等离子体软X射线源。对Sn（Z＝50）靶的激光打靶条件进行初步优化，测定了其在10～20nm波段范围内的辐射相对强度分布。     

用双靶对接方法产生高强度7.9 nm类镍钕X射线激光

采用双弯曲靶对接技术和多脉冲驱动,结合新型线聚焦系统,在大阪大学激光工程研究所的Gekko装置上进行了类镍钕软X射线激光实验,以相对较低的驱动能量,获得了高强度的7.9nm软X射线激光输出。     

类锂硅离子软X射线激光实验研究

我们在中国科学院上海光机所六路激光装置取得初步实验结果的基础上,1989年8月10日至16日利用LF-12~#激光装置,成功地实现了复合泵浦类锂硅离子的跃迁波长分别为8.89nm与8.73nm的软X射线激光.在LF-12~#激光装置上进行的类锂硅离子软X射线激光增益实验中,驱动激光波长为1.05μm,脉冲宽度约为0.9ns,靶上的激光能量为50J(平均偏差<15%).输出激光经六单元组合柱面透镜-非球面透镜系统聚焦到条状平板硅靶上,产生作为X射线激光增益介质的线状高价离化态的激光等离子