飞秒激光场中气体介质的飞行时间质谱和软X射线谱测量

摘要

随着超短脉冲强激光技术的发展，激光与气体、固体、团簇和微液滴相互作用产生了许多用微扰理论无法解释的新现象，成为强场物理研究的一个热点。
　　本文设计了一个多功能靶室系统，可以同时进行超短脉冲强激光场作用下的气体原子、分子电离（飞行时间质谱/电子能谱）和软X射线光谱研究工作。论文工作主要是利用美国光谱物理公司生产的重复频率10Hz、单级放大单脉冲能量12mJ、脉宽100fs的Ti:sapphire激光系统，对超短脉冲强激光场中的气体介质的电离进行研究；搭建了一台软X射线平焦场光栅光谱仪，完成了谱仪的测试与标定工作。
　　靶室系统设计结构上由大小两个靶室构成，功能上由飞行时间质谱和光电子能谱系统、软X射线平场谱仪以及其它组件构成。用此系统可进行超短脉冲强激光与多种状态物质相互作用的实验，可测量强场电离产生的离子和光电子的动力学数据、光电子的空间分布和相对于激光偏振方向的角分布，还可探测软X射线和高次谐波。
　　根据实验室的工作条件，按入射距离为1140mm对软X射线谱仪的各个参数进行了计算，并利用He空心阴极灯的特征谱线对谱仪进行了标定。发现狭缝宽度为120mμ,CCD游标读数为8.4mm时的测量范围为14.72～36.15nm，测得30.38nm的特征谱线宽度为0.054mm，在30nm附近分辨率优于0.001。为以后进一步开展X射线谱的测谱工作打下了基础。
　　利用飞行时间质谱仪研究了Kr、N2及CO2在水平偏振飞秒强激光场作用下发生的电离和库仑爆炸过程，激光功率密度为2×1015Wcm。观察到了Kr+，Kr2+和Kr4+离子；N+，N2+的谱峰发生了分裂，即发生了库仑爆炸，经判断，主要来源于爆炸通道：N3+2+→N+＋N2+；在CO2实验中观察到了C2+，O2，C+，O+，CO+，CO+2。

目录

飞秒激光场中气体介质的飞行时间质谱和软X射线谱测量

TOFMS OF GAS MEDIA IN FEMTOSECOND LASER FIELD AND MEASUREMENT OF SOFT X-RAY SPECTRUM

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 国内外研究状况

1.3 论文主要研究内容

第2章 掺钛蓝宝石飞秒激光系统及其参数测量

2.1 引言

2.2 利用锁模技术在Ti:sapphire中实现飞秒脉冲激光输出

2.3 CPA技术及超短脉冲激光在固体介质中的放大

2.4 实验用的掺钛蓝宝石飞秒激光系统的升级与改造

2.5 用SPIDER测量飞秒激光脉宽

2.6 本章小结

第3章 多功能靶室的整体设计

3.1 引言

3.2 靶室的功能和整体布局

3.3 飞行时间质谱和光电子能谱系统的设计

3.4 靶室的其它组件

3.5 本章小结

第4章 软X射线平场光栅谱仪

4.1 引言

4.2 平场光栅的成像原理

4.3 软X射线平场光栅谱仪

4.4 本章小结

第5章 飞秒激光场中原子分子的飞行时间质谱

5.1 引言

5.2 实验装置介绍

5.3 高斯光束的聚焦

5.4 Kr

5.5 N2

5.6 CO2

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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致谢