毛细管放电46.9nm激光脉冲时间特性及空间分布研究

摘要

将激光波长向X射线波段延伸一直是科学研究和激光器研制的一个重要方向。毛细管放电泵浦的X射线激光的研究是一种有效途径。它是利用大的快脉冲电流流过细长毛细管中的等离子体,形成适合X射线激光放大的等离子体柱。X射线激光被认为在对高密度等离子体的诊断、对物质的烧蚀与破坏、X射线显微和纳米微加工等领域有重要应用。这样软X射线脉冲的时间空间分布特性的研究就显得很重要。本文旨在研究毛细管放电类氖氩46.9nm激光脉冲时间特性和空间强度分布。对时间特性的了解,可以帮助估计激光脉冲能够分辨的最小时间尺度,确定何种快过程能够使用这种激光进行分辨。空间强度分布的研究可以为光束的聚焦、准直和变换等光学应用提供参考,应用于显微、加工等方面。
　　时间特性方面,理论上首先计算电子碰撞激发和消激发系数。建立带有电子碰撞激发和消激发系数的速率方程,求解光子数以及有关能级粒子数随时间的变化,模拟激光脉冲波形。计算有关参数变化时脉冲宽度的变化情况。实验上利用已有的46.9nm毛细管放电X射线激光光源,连接单色仪和真空光电倍增管。利用光电倍增管百皮秒量级的时间响应,测量软X射线激光脉冲波形。对比计算结果进行了分析。
　　空间强度分布方面,参考增益波导理论,利用圆柱等离子体软X射线激光传播与放大的理论模型,计算了激光脉冲的强度在空间上的分布。进一步推导了模型,使之适用于狭缝扫描的方法,计算了狭缝扫描法的强度分布,以及强度分布半高宽束散角随电子密度和等离子体半径这两个特征参量的变化情况。实验上搭建测量X射线激光脉冲空间分布特性的实验装置,利用平场谱仪空间分辨能力测量激光脉冲空间分布特性。对实验结果进行了对比分析。
　　软X射线激光脉冲时间空间分布特性的研究有助于探索X射线激光发光物理过程。对光脉冲波形的测量反映了产生激光的物理机制和动力学过程。对空间分布的研究可以反映增益分布的变化,以及等离子体的状态。对改进和提高激光脉冲特性也有所帮助,以获得更好特性的激光脉冲或者有特殊性质的激光脉冲,也会为后续应用研究打下基础。

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第1章 绪 论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3分析与总结

1.4主要研究内容

第2章 激光脉冲时间特性的模型计算和实验测量

2.1脉冲波形的模型计算

2.2脉冲波形测量实验

2.3本章小结

第3章 光强空间分布计算模型

3.1毛细管放电X射线激光光强分布理论

3.2狭缝扫描法测量光强分布计算结果

3.3狭缝扫描法计算结果与实验的比较

3.4本章小结

第4章 光强分布测量实验

4.1 X 射线荧光屏测量光强分布

4.2紫外平场谱仪原理和标定

4.3平场谱仪测量光强分布实验

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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