瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6nm x光激光的研究

论文题目: 瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6nm x光激光的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 等离子体

作者: 乔秀梅

导师: 张国平

关键词: 瞬态电子碰撞激发,增益系数,临界面,饱和,等离子体,预脉冲,光激光,亚稳态

文献来源: 中国工程物理研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 自从1984年美国利弗莫尔实验室第一次成功演示了电子碰撞激发软x光激光后,x光激光的实验和理论的研究都取得了很大的进展,最近提出的瞬态电子碰撞激发机制大大节省了驱动激光的能量,提高了实验的重复频率,瞬态电子碰撞激发的最短波长已经做到了7.3nm。我们介绍了新开发的类氖锗瞬态电子碰撞激发的程序,并用系列程序模拟了卢瑟福实验室在2000年做的瞬态电子碰撞激发类氖锗的实验,与实验结果的比较表明,在实验误差的范围内,我们的模拟结果与实验较符合。设计并模拟了一系列瞬态电子碰撞激发类氖锗的实验,采用两个250ps能量为10J的钕玻璃激光做预脉冲,间隔一定的时间后续一个1ps能量为10J的短脉冲横向辐照长0.9cm的锗平板靶,产生的焦线长1cm和宽100μm,模拟表明峰值增益系数为～60cm-1,利用二维几何光学旁轴近似下x射线激光传播和小讯号放大程序XBPA计算了x光激光在等离子体中的传播,得到了x光激光的小信号增益系数为19.5cm-1,折射角～6.8mrad,表明折射效应是影响输出x光激光增益等的重要因素。为此,我们采用2ω1ω泵浦驱动方案,即预脉冲采用二倍频钕玻璃激光,短脉冲采用基频钕玻璃激光,模拟结果表明增益区的电子密度从小于～0.6×1021cm-3增加到到临界面附近非常平缓的区域,小信号增益系数增加为33cm-1,输出x光激光的折射角～12mrad,表明折射效应对输出x光激光的影响仍然不可忽略,这主要是因为增益区宽度较窄。模拟和实验都表明,瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6nm x光激光的峰值增益系数出现在基频光的临界面附近,即电子密度为～1×1021cm-3,在此临界面以上更高的电子密度区域能否产生更高的增益系数是我们关心的一个问题,因为如果能够得到更高的增益系数,用几个毫米甚至更短的靶长就可以做到饱和x光激光,可以大大减少x光激光在增益区的传播距离,从而可以降低折射对增益的影响,为此,我们设计并模拟了一系列实验,研究在基频钕玻璃激光的临界而以上的区域中是否能够产生高增益,我们采用3ω2ω泵浦方案,且短脉冲与靶面法线成45°角入射,模拟表明,在电子密度～2×1021cm-3附近区域,产生了高达111cm-1的高增益系数,增益维持的时间非常短,只有～1ps,增益区的宽度也很窄,只有～10μm。利用同样的方法还可以研究更高电子密度区域类氖锗19.6nm瞬态电子碰撞激发x光激光增益系数的情况,但是,随着电子密度的增加,电离过程会变快,这样,增益系数维持的时间将会更短。亚稳态电子碰撞激发机制的发展经历了从高的预脉冲强度驱动,预脉冲产生电离合适的等离子体到用10%左右的预脉冲驱动,预脉冲低电离,主脉冲既要得到高的电子温度并要将等离子体电离到类镍离子占优势的状态,最后,发展到用1%左右的低预脉冲驱动,通过适当的时间延迟再用主脉冲驱动。最近有许多实验仅仅采用一个脉宽为几个ps的短脉冲就获得了TCE x光激光的高增益,他们的分析指出,短脉冲的本底噪音起了关键作用,这个低强度的本底产生预等离子体,其中电离度和电子温度都很低,短脉冲即电离又加热等离子体从而产生高增益的,这表明瞬态电子碰撞激发机制出现了与亚稳态电子碰撞

论文目录:

摘要

0 引言

第一章基本理论

1．1 激光产生等离子体以及激光的主要吸收机制

1．2 瞬态电子碰撞激发(TCE)机制

1．3 增益和饱和

1．4 群速度对x光激光增益系数的影响

1．5 X光激光在等离子体中的传播

1．6 辐射捕获效应和逃逸概率

第二章研究工作

2．1 瞬态电子碰撞激发X光激光的模拟

2．2 系列程序的检验

2．3 类氖锗19．6 nm TCE x光激光

2．4 倍频光驱动的类氖锗19．6nm TCE x光激光

2．5 基频光临界电子密度以上类氖锗19．6nm x光激光增益系数的研究

2．6 低预脉冲泵浦的瞬态电子碰撞激发

2．7 总结

致谢

参考文献

发布时间: 2005-10-21

参考文献

[1].无机基复合固态可调谐染料激光介质的制备、激光与光谱学性能及激光器件研究[D]. 杨雨.浙江大学2004
[2].高功率脉冲激光汽化生物组织的研究[D]. 黄楚云.华中科技大学2006

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