液体微流喷射靶激光等离子体软X射线—极紫外光源研究

论文摘要

摘要激光等离子体（LPP）光源作为一种新型的软X射线光源,其研究始于二十世纪七十年代。随着极紫外投影光刻以及辐射计量等应用领域对光源的要求的不断提高,LPP软X射线-极紫外光源保持不断的向前发展。本论文即是研究一种新型的LPP软X射线-极紫外光源。本文首先综述了LPP软X射线光源的研究发展状况和最新进展。尽管先后研制了多种类型的LPP软X射线光源,但是仍然存在不足,说明开展新型的LPP软X射线光源研究的必要性。其次,从理论上介绍了激光在等离子体中的传播特性及激光与等离子体的相互作用。并且依据非相对论量子力学理论,利用Cowan程序,计算了O3+、O4+、O5+、C4+、Cl8+、Cl7+、Cl5+、Cl4+和Cl3+等离子的电偶极辐射跃迁波长和跃迁几率,为光谱诊断提供依据。根据流体力学规律和相关的研究成果以及真空系统要求,结合低温制冷技术,设计加工了液体微流喷射靶。它由喷嘴、阀门、高压腔和控温组件等部分构成。以液体微流喷射靶和激光器为主体,研制出液体微流喷射靶激光等离子体软X射线-极紫外光源。光源能够使用多种靶材,包括常温下液体和气体。利用Mcpherson247型单色仪和光电二极管为主体的一套光谱测量装置,测量了水、乙醇、丙酮和四氯化碳这些常温下液体靶材的液体微流喷射靶LPP光源在11-20nm的辐射光谱,另外测量了常温下气态的Xe和Kr液体微流喷射靶LPP光源在11-20nm的软X射线辐射光谱。实验研究表明光源光谱辐射稳定性达到7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 软X 射线光源简介
• 1.2 激光等离子体软X 射线光源研究的回顾
• 1.3 最新进展
• 1.4 激光等离子体的辐射机理研究
• 1.5 激光等离子体光源的主要应用领域
• 1.6 本文的研究内容
• 1.7 本章小结
• 2 相关理论
• 2.1 引言
• 2.2 激光等离子体物理状态描述
• 2.3 激光的传播与吸收
• 2.3.1 等离子体的基本概念
• 2.3.2 激光在等离子体中传播的波动方程和色散关系
• 2.3.3 激光在非均匀等离子体中的传播特性
• 2.3.4 激光在线性密度梯度等离子体中的传播特性
• 2.3.5 倾斜入射激光在非均匀等离子体中的传播
• 2.3.6 激光在等离子体中的碰撞吸收
• 2.4 激光－X 射线转换物理
• 2.4.1 平均原子模型
• 2.4.2 平均原子模型离化势的改进公式
• n 方程组的建立'>2.4.3 束缚电子占据数概率P_n方程组的建立
• 2.4.4 X 射线的发射速率和吸收系数
• 2.4.5 X 射线谱线形状与加宽效应
• 2.5 电偶极辐射波长及跃迁几率
• 2.5.1 单电子原子的Schr（o|¨）dinger 方程
• 2.5.2 单电子系统的Dirac-Fock 方程
• 2.5.3 多电子原子的Schr（o|¨）dinger 方程
• 2.5.4 多电子系统的Dirac-Fock 方程
• 2.5.5 辐射跃迁几率
• 2.6 电偶极辐射波长及跃迁几率的计算结果
• 2.7 本章小结
• 3 液体微流喷射靶激光等离子体软X 射线－极紫外光源的研制
• 3.1 液体微流喷射靶激光等离子体光源的工作原理及结构
• 3.2 液体微流喷射靶的喷嘴
• 3.3 高压腔
• 3.4 阀门设计
• 3.5 控温功能
• 3.6 防止堵塞的措施
• 3.7 储液灌的设计
• 3.8 靶的机械结构总结
• 3.9 激光器
• 3.10 本章小结
• 4 光源性能实验研究
• 4.1 光谱测量装置
• 4.1.1 探测器
• 4.1.2 单色仪
• 4.1.3 单色仪分辨率的标定
• 4.2 光谱测量结果
• 4.3 喷嘴
• 4.4 背景压强对光谱强度的影响
• 4.5 转换效率
• 4.6 稳定性测量
• 4.7 本章小结
• 5 总结
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文及申请专利目录
• 致谢