辅助气体He对毛细管放电46.9nm激光输出特性的影响研究

发布时间：2020-08-12 23:59

【摘要】：X射线激光以其脉冲瞬时功率大、单光子能量高,波长短等特点在微观领域拥有着重要作用。而在众多X射线激光泵浦方案中,毛细管放电方案凭借增益区长,能量转换效率高,结构简单体积小等优点被各国广泛应用。自从1994年第一束类氖氩46.9nm激光产生以来,许多小组都对激光光强和激光时间、空间分布进行了测量。然而对于辅助气体对毛细管放电46.9nm激光影响的研究却寥寥无几。本文在增益饱和条件下从理论和实验上探究了辅助气体He对毛细管放电46.9nm激光输出特性的影响。本文在理论上采用几何光学近似方法,模拟了在不同电子密度分布情况下,46.9nm激光在等离子体柱中传播轨迹。之后分别计算了激光在不同抛物线型和不同凹陷程度的电子密度分布情况下的空间分布,并计算了电子密度分布为抛物线型和有凹陷时,增益的不同凹陷程度对激光空间分布的影响,总结了不同电子密度分布和增益分布下激光空间分布变化规律。实验上,本文首先测量了不同Ar气压对46.9nm激光光强的影响,找到了可以产生46.9nm激光的气压范围,并采用CCD测量了不同Ar气压时对激光空间分布的影响,总结出激光发散角与初始Ar气压的关系。然后测量了辅助气体He对激光光强的影响,找到了激光最强时的掺He比例和光强增加比例。最后测量了辅助气体He对激光空间分布的影响。将实验结果与理论计算结果对比,分析了掺入辅助气体He对激光产生影响的可能原因。对辅助气体He对毛细管放电46.9nm激光输出特性影响的研究有助于提高激光输出,改善光束质量,这对软X射线的应用有重要意义。
【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】：TN24
【图文】：

分布图,远场分布,三针,激光

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1995 年 Rocca 小组[15]测量了远场 46.9nm 类氖氩软 X 射线激光分布图像。类氩46.9nm激光透过直径为0.15mm的单针孔的远场分布图像如错误!未找到引用。(a)所示，该小组采用掠入射谱仪仪记录光斑，小孔到毛细管的距离为 1.5cm。.9nm 激光经过三针孔线性阵列的远场分布图像如错误!未找到引用源。(b)所示。错误!未找到引用源。可以看出，无论毛细管放电 46.9nm 激光通过是单针孔还是针孔的远场分布，光强均是在中心处最大，这说明毛细管中心区域增益较大。

分布图,软X射线激光,脉冲,远场分布

光强分布,增益分布

图 0-1 单针孔和三针孔的激光远场分布图像[15]图 1-2 46.9nm 软 X 射线激光脉冲[15]1996 年，Rocca 小组[16]采用直径为 4mm 的毛细管，均在气压为 600 mTorr纯氩气的条件下放电，在毛细管外加轴向磁场于，测量了光强空间分布的变化。图 1-5 分别为在有磁场和无磁场时激光光强分布轮廓。他们发现有磁场时光束质量更好。他们认为磁场可以使等离子体电子密度更加均匀，采用数值计算模拟了实验上获得的光强分布情况，他们认为这可能是增益在轴心有凹陷导致的，这对于解释本实验中出现的现象有借鉴意义。最重要的是，他们分析了增益在轴心有凹陷的情况如图 1-3，此时激光空间分布如图 1-4。意大利小组借鉴轴心有凹陷的增益分布很好的解释了实验所得到的环形光斑。

【参考文献】