强激光场中电离子电子能量的非Maxwell分布

在强激光场的准静态隧道电离理论模型和准经典阈上电离理论模型的基础上,利用已推导的圆偏振激光场中电离电子能量分布函数,以基于光场感生电离电子碰撞机制的Ni-LiKr-Kr软X射线激光系统为例,从激光与物质相互作用入手,系统地讨论了超短脉冲、超高功率飞秒激光与原子相互作用,导致电离电子能量非Maxwell分布的形成。     

强光场的偏振特性对电子能量的影响

在具体给出准静肪理论中描述强激光场中原子电离产生的电子的有质动有和乘余能量的基础上,讨论了激光场的偏振特性对所产生的电子能量的影响,并提出适合偏振度的椭圆偏振光,朋可能更有利于基于光场感生电离电子碰撞机制的Ｘ射线激光的实验。     

激光椭偏率对类镍氪系统光场感生电离参数的影响

研究了激光椭偏率对基于光场感生电离(OFI)电子碰撞机制类镍氪(NLK)系统电离参数的影响。计算结果表明,激光椭偏率对NLK系统的电离速率、电离电子剩余能、各电荷态相对集居数随时间的变化以及初始电子能量分布等电离参数的影响较大,圆偏振激光场是实现NLK 32.8 nm X射线激光放大的最佳激励光场。理论计算表明,在圆偏振飞秒激光驱动下,实现NLK 32.8 nm X射线激光放大需要的最低激光强度为3.5×1016W/cm2,最高激光强度为1.6×1017W/cm2,实验估计的激光强度可能在5×1017W/cm2以上。     

飞秒激光器产生等离子体中电子剩余能量的研究

飞秒激光器的出现，使强场中的电离过程由最初的多光子电离和阈上电离，发展为以隧道电离（Tunneling Ionization,TI)或越过垫垒电离（Over-the-Barrier Ionization,OBI)为主要过程的光场感生电离（Optical-Field-Induced Ionization,OFI)。由于等离子参数对电子温度的可控制性，使基于OFI的X射线激光的等离子体特性在很大范围内具有可控制性。文中主要研究不同激光参数（泵浦激光的偏振特性，泵浦激光的波长，激光强度，电离能等）对等离子体中电子剩余能量的影响。     

园偏振光场电离电子的剩余能量

以准静态隧道电离理论为基础，推导了园偏振光场电离多电子原子体系的剩余电子能量的计算公式，得出一个有趣的结论，在超短脉冲园偏振光场的作用下，平均剩余电子能量只与电离速率和脉冲包络有关。数值模拟表明，平均剩余电子能量大致随激光能量按一次方规律变化。     

基于OFI线偏振光激励等离子体的电子能量分布讨论

在准静态隧道电离理论模型和准经典阈上电离理论模型的基础上 ,建立了一个描述线偏振光场电离电子能量分布的简单模型 ,推导出了既易于理解又相对简单适用的描述线偏振光场的电子能量分布函数解析表达式。数值计算了类硼氮系统的电子能量分布曲线 ,并对计算结果进行了分析。最后与现有实验结果进行比较 ,给出其适用范围。     

卡夫曼离子源设计中的几个基本问题(下)

五、各种碰撞过程分析及双荷比例的控制因素确定 卡夫曼源等离子体中存在着复杂的粒子碰撞过程。以Ar为例,Ar的第一电离电位约为16V。只要原初电子能量超过此值就有近0.5％的电离几率。超过30eV能量,电离几率将大于25％。在Ar中性原子浓度n_0=10~(12)/Cm~3和30eV电子能量条件下,电子与原子的“碰撞时间”大约为5×10~(-5)秒。激发态原子以某种方式过渡到电离态时间只需10~(-7)秒。从亚稳态过渡到电离态也大致一样。因此,原初电子产生电离可以认为是经过     

直流辉光放电中电子分布特性的研究

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合的方法,通过编写三维的直流辉光放电电离的模拟程序,对其中的电子进行了研究,得到了直流辉光放电中电子的相空间分布和电子的能量统计分布等特性。模拟结果很好地解释了直流辉光放电的电离特性。     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

通用工艺与设备

0305129表面电晕预电离与火花预电离之比较[刊]/胡孝勇//真空科学与技术学报.—2002,22(5).—382～384(L)本文报道了表面电晕预电离与火花预电离的比较结果。针式火花预电离源利用热电弧发出强烈的紫外光,其发射光谱范围从可见光连续延伸到紫外。表面电晕预电离源,通过介质极化发射电子,在预电离电路中产生电晕电流,其强度决定了发射光子的数量,而发射电子的能量分布确定辐射的光谱分布,其发光谱分布不连续。对两种预电离源的放电电压和电流进行测量,得到瞬态信息。计算得到火花预电离源中消耗的能量约是表面电晕预电离源的400倍。比较分析可知,表面电晕预电离的效率远高于火花预电离。参4     

偏振参数对高能电子运动及辐射特性的影响

为了探究超强激光偏振参数的梯度变化对场内高能电子运动及辐射特性的影响, 首先以电磁学基本方程为基础, 推导并建立了初始动量为0的相对论性单电子加速模型, 其次编写无近似的数值模拟仿真程序进行迭代计算与理论分析, 取得了不同偏振参数的超强激光作用下单电子的运动以及空间辐射可视化数据。结果表明, 随着偏振参数δ由0到1逐渐增大, 电子的运动轨迹由2维平面振荡逐渐过渡为3维螺旋状前进, 绕旋幅度逐渐增大且轨迹投影逐渐趋向于正圆; 电子的功率辐射空间分布也从平面线性逐渐变为3维涡旋状, 由上下针状分叉逐渐变为平滑连接, 总体变化趋势可按形态划分为δ=0, δ∈(0, 0.6], δ∈(0.6, 0.99]以及δ=1共4个阶段。该结果为高能电子辐射研究提供了多视角的理论及数值依据, 对实际应用中精确探测超强激光各项参数是有帮助的。     

Laser-induced plasma formation in water at nanosecond tofemtosecond time scales: calculation of thresholds, absorptioncoefficients, and energy density

The generation of plasmas in water by high-power laser pulses was investigated for pulse durations between 100 ns and 100 fs on the basis of a rate equation for the free electron density. The rate equation was numerically solved to calculate the evolution of the electron density during the laser pulse and to determine the absorption coefficient and energy density of the plasma. For nanosecond laser pulses, the generation of free electrons in distilled water is initiated by multiphoton ionization but then dominated by cascade ionization. For shorter laser pulses, multiphoton ionization gains ever more importance, and collision and recombination losses during breakdown diminish. The corresponding changes in the evolution of the free carrier density explain the reduction of the energy threshold for breakdown and of the plasma energy density observed with decreasing laser pulse duration. By solving the rate equation, we could also explain the complex pulse duration dependence of plasma transmission found in previous experiments. Good quantitative agreement was found between calculated and measured values for the breakdown threshold, plasma absorption coefficient, and plasma energy density     

飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理分析

为了深入理解超短脉冲激光烧蚀金属的机理,特别是烧蚀过程中靶面电子发射带来的影响,本文分析了飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理,并在此基础上建立了一维热传导双温模型,模型考虑了电子热导率、热容、电子-晶格耦合系数等参数随温度的变化,以及表面热电子发射和多光子电离导致靶面的能量损失。选择波长为 800 nm,FWHM为100 fs,峰值功率密度为1.2×1017 W/m2 的高斯型单脉冲激光辐照铜靶进行数值模拟。并对计算数据进行分析,结果表明:多光子电离所导致的电子发射比热电子发射要强,但是热电子发射持续的时间长;多光子电离导致的电子发射带走的靶面能量比较大,在分析飞秒烧蚀过程中不可忽略。     

超短脉冲激光对无机硅材料的损伤

通过控制作用于材料表面的激光能量和脉冲数量,实验研究了800nm,50fs,1kHz激光作用下融石英玻璃和硅片的破坏机制和损伤规律,计算了材料的损伤阈值与脉冲能量以及脉冲数量的依赖关系,并采用简化的理论模型计算了熔石英玻璃材料的损伤阈值与激光脉宽以及光子能量之间的依赖关系。对这两种无机硅材料在飞秒脉冲作用后的微区结构改变进行了扫描电子显微镜(SEM)测试,研究了其形貌特征。结果表明,硅片是由缺陷中的导带电子作为种子电子引发雪崩电离导致材料损伤,而熔石英玻璃是由多光子电离激发出导带电子引发雪崩电离导致材料损伤。     

脉冲能量对不锈钢表面微观形貌影响规律研究

为了研究空气中飞秒激光脉冲能量对不锈钢表面形成周期性结构的影响规律,采用脉宽为50fs、中心波长为800nm的飞秒激光辐射304不锈钢表面,利用扫描电子显微镜观察微观形貌,分析了不同种类波纹的产生机理。结果表明,脉冲能量在0.1mJ~0.3mJ时,表面形成垂直于激光偏振方向的纳米级周期性波纹;脉冲能量在0.4mJ~0.7mJ时,表面有产生平行于激光偏振方向的周期性波纹的趋势;脉冲能量在0.8mJ~1.0mJ时,表面出现明显的平行于激光偏振方向的微米级大尺度周期性波纹,且波纹表面覆盖着与其方向垂直的短周期性波纹。该研究为后续在不锈钢表面制备可控微观形貌奠定了基础。     

空气击穿过程中电子损耗对击穿阈值的影响

通过对高功率激光空气击穿的物理机理、电离机制的讨论,得到空气击穿过程中激光焦区内自由电子密度公式。考虑电子弹性碰撞损耗、电子复合损耗影响,给出了新的击穿阈值公式。该公式的计算结果同实验数据一致。     

Saturation studies of the E-beam sustained discharge atomic xenonlaser

In an electron beam sustained discharge xenon laser the discharge energy deposition has been varied in order to investigate the saturation effect on the xenon laser. The current density of the electron beam is varied separately in the range of 0.1-2.7 A/cm² to obtain optimized discharge excitation conditions as a function of electron beam current density and gas pressure. An optimal fractional ionization f=3.5-4×10^-5 is found, independent of the electron beam parameters. The synergy of electron beam and discharge excitation has resulted in a maximum specific energy of 15 J/l at a total gas pressure of 9 bar