毛细管放电69.8nm软X射线激光时间特性的研究

摘要

X射线激光同时拥有波长短、峰值功率高和脉冲持续时间短(ns级)等优点，拥有广阔的应用前景。自1994年Rocca小组利用毛细管放电泵浦电子碰撞激发机制首次实现了46.9nm软X射线输出后，国际上各个小组纷纷加入了毛细管放电泵浦软X射线激光研究的行列。目前，毛细管放电泵浦方案已经实现了类氖氩46.9nm和69.8nm软X射线激光输出，其中，对46.9nm激光研究比较成熟，世界上各个小组对其特性进行了一系列的报道。自2011年哈尔滨工业大学光电子技术研究所软X射线激光小组在国际上率先获得69.8nm软X射线激光输出后，对于同样增益介质为Ar8+的69.8nm激光研究才逐渐展开，而对于69.8nm时间特性的研究国际上还未进行报道。本论文从理论和实验两个方面对类氖氩69.8nm软X射线激光的时间特性进行了研究。
　　理论上，利用动力学箍缩的雪耙模型在不同初始Ar气气压条件下对Z箍缩过程中等离子体柱半径和速度随时间的变化进行了计算。另外，利用脉宽计算理论模型，考虑增益饱和效应，将增益近似为抛物线分布，对不同等离子体长度条件下69.8nm激光脉宽进行了计算。理论计算的结果为实验结果的分析提供了依据。
　　实验上，首先进行了46.9nm和69.8nm出光时间对比实验，结合雪耙模型计算结果得到结论，46.9nm激光仅先于69.8nm激光1ns左右的时间出现，且两者的出光时间在等离子体半径压缩到最小半径附近，随着毛细管中初始Ar气气压的增大，由于等离子体内部动力压强的增大，使激光出光时间延后。接着分别在不同等离子体长度和初始Ar气气压条件下对69.8nm激光脉宽进行了测量，对脉宽变化规律进行了研究。结果表明，当69.8nm软X射线激光达增益饱和后，其脉宽随着增益介质长度的增加而增大，即脉冲随着饱和程度的加深而展宽；在69.8nm激光达增益饱和前，脉宽与增益介质长度成反比。
　　出光时间及其脉宽都是软X射线激光重要的时间特性参数。激光的出光时间反应了对应能级增益产生的时间；而对激光脉冲脉宽的测量，可以确定激光脉冲能够分辨的最小时间尺度。由于软X射线激光来源于自发辐射放大，激光时间特性参数均由Z箍缩过程中的等离子体状态决定，对激光时间特性的探索，有助于深入了解软X射线激光形成的物理机制及Z箍缩效应的动力学过程。同时，通过探究不同实验参数下激光的脉宽变化的规律，可对毛细管放电参数进行优化，使激光满足未来的应用性实验的要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 课题研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 国内外研究现状分析及总结

1.4 本文的主要研究内容

第2章 毛细管放电69.8nm激光时间特性理论研究

2.1 引言

2.2 毛细管放电Z箍缩效应

2.3 动力箍缩的雪耙模型

2.3.1 雪耙模型简介

2.3.2 不同初始Ar气气压条件下雪耙模型数值模拟

2.4软X射线激光脉宽计算理论模型

2.5 本章小结

第3章毛细管放电软X射线激光装置介绍及改造优化

3.1 引言

3.2 毛细管放电软X射线激光装置介绍

3.2.1 脉冲发生单元

3.2.2 脉冲整形单元

3.2.3 预脉冲单元

3.2.4 毛细管放电单元

3.2.5探测单元

3.3 毛细管放电装置的改造和优化

3.3.1 可移动放电电极

3.3.2 XRD的优化

3.3.3 热偶真空计的标定

3.4 本章小结

第4章 毛细管放电69.8nm激光时间特性实验研究

4.1 引言

4.2 实验装置及方法介绍

4.3 波长为46.9nm及69.8nm软X射线激光出光时间对比实验

4.3 不同等离子体长度条件下69.8nm软X射线激光脉宽测量实验

4.3.1 寻找最佳出光条件实验

4.3.2 69.8nm软X射线激光增益测量实验

4.3.3 不同等离子体长度条件下69.8nm软X射线激光脉宽测量实验

4.4 不同气压条件下69.8nm软X射线激光脉宽测量实验

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢