初始等离子体直径对Z箍缩过程和46.9nm激光的影响

发布时间：2020-05-28 23:57

【摘要】：毛细管放电泵浦是产生X射线激光较为有效和经济的方案。为提高毛细管放电46.9nm激光的强度并扩展其应用范围,本文模拟了不同初始直径等离子体的Z箍缩过程,并测量了产生46.9nm激光的脉冲特性和光斑分布,研究了初始等离子体直径对Z箍缩过程和46.9nm激光的影响。在理论方面,利用一维磁流体力学程序模拟了在30k A主脉冲电流幅值下初始直径为3.2mm、4.0mm和4.8mm的等离子体Z箍缩过程,计算了不同初始气压下等离子体状态随时间的演化情况。利用模拟结果,分析了产生激光时刻等离子体状态随初始气压和初始等离子体直径的变化规律,并分析了初始气压和初始等离子体直径对46.9nm激光增益的影响。在实验方面,分别利用内径3.2mm、4.0mm和4.8mm的陶瓷毛细管,在30k A主脉冲电流幅值下对产生的46.9nm激光脉冲特性进行了测量,分析了毛细管内径对激光产生时间、激光脉冲幅值、激光脉冲宽度等物理量的影响,并分析了较大内径毛细管中激光增强的原因。将内径4.8mm毛细管的放电电流幅值提高到36k A,测量了激光脉冲幅值的变化情况。分析认为在一定的范围内适当增大毛细管内径以及在较大内径毛细管中适当提高主脉冲电流幅值是提高46.9nm激光强度的有效方法。通过使用Ce:YAG荧光屏将46.9nm激光转化为可见光并用相机捕捉的方案,测量了内径3.2mm、4.0mm和4.8mm的陶瓷毛细管产生的46.9nm激光光斑形状,总结了激光光斑形状随初始气压、毛细管内径以及主脉冲电流的变化规律,并解释了光斑形状变化的原因。
【图文】：

双程放大,激光脉冲,毛细管放电,毛细管

.1 国外在该方向的研究现状（1）毛细管放电软 X 射线激光研究概况1988 年，美国 Rocca 教授[10]首次提出了利用毛细管放电 Z 箍缩产生的高等离子体柱作为增益介质产生 X 射线激光的方案。1994 年，美国 Rocca 小组[11]在国际上首次获得了毛细管放电类氖氩 46.9n出。该小组利用内径 4mm、长度 12cm 的聚缩醛毛细管，在 40kA 主脉冲行放电实验，获得 46.9nm 激光的增益系数为 0.6cm-1，增益长度积为 7.小于 9mrad。1996 年，Rocca 小组[12]实现了 46.9nm 激光的双程放大。将反射率 20%的安装在内径 4mm 的毛细管一端。在 39kA 主脉冲电流条件下，与单程放利用长度9cm和14cm毛细管进行双程放大输出光强分别增长了63倍和8 14cm 毛细管中获得了单脉冲能量 30μJ 的激光输出，增益长度积达到 2增益饱和。双程放大获得激光的空间分布和脉冲波形如图 1-1 所示。

波形,高平均功率,激光脉冲,波形

图 1-2 高平均功率 46.9nm 激光脉冲波形[13]图 1-3 高平均功率 46.9nm 激光空间分1999 年，Rocca 小组[14]利用内径 3.2mm、长度 34.5cm 的陶瓷毛细管，在主脉冲电流、460mTorr 气压条件下，获得了平均单脉冲能量高达 0.88mJ 的类激光输出，，其中最高单脉冲能量超过 1mJ，峰值功率 0.6MW，平均功率 3重复频率 4Hz。输出激光脉冲波形如图 1-4 所示，激光空间分布如图 1-5 所
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53;TN24

【参考文献】