毛细管放电69.8nm软X射线激光时间特性的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:exiaodong1986
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X射线激光同时拥有波长短、峰值功率高和脉冲持续时间短(ns级)等优点,拥有广阔的应用前景。自1994年Rocca小组利用毛细管放电泵浦电子碰撞激发机制首次实现了46.9nm软X射线输出后,国际上各个小组纷纷加入了毛细管放电泵浦软X射线激光研究的行列。目前,毛细管放电泵浦方案已经实现了类氖氩46.9nm和69.8nm软X射线激光输出,其中,对46.9nm激光研究比较成熟,世界上各个小组对其特性进行了一系列的报道。自2011年哈尔滨工业大学光电子技术研究所软X射线激光小组在国际上率先获得69.8nm软X射线激光输出后,对于同样增益介质为Ar8+的69.8nm激光研究才逐渐展开,而对于69.8nm时间特性的研究国际上还未进行报道。本论文从理论和实验两个方面对类氖氩69.8nm软X射线激光的时间特性进行了研究。理论上,利用动力学箍缩的雪耙模型在不同初始Ar气气压条件下对Z箍缩过程中等离子体柱半径和速度随时间的变化进行了计算。另外,利用脉宽计算理论模型,考虑增益饱和效应,将增益近似为抛物线分布,对不同等离子体长度条件下69.8nm激光脉宽进行了计算。理论计算的结果为实验结果的分析提供了依据。实验上,首先进行了46.9nm和69.8nm出光时间对比实验,结合雪耙模型计算结果得到结论,46.9nm激光仅先于69.8nm激光1ns左右的时间出现,且两者的出光时间在等离子体半径压缩到最小半径附近,随着毛细管中初始Ar气气压的增大,由于等离子体内部动力压强的增大,使激光出光时间延后。接着分别在不同等离子体长度和初始Ar气气压条件下对69.8nm激光脉宽进行了测量,对脉宽变化规律进行了研究。结果表明,当69.8nm软X射线激光达增益饱和后,其脉宽随着增益介质长度的增加而增大,即脉冲随着饱和程度的加深而展宽;在69.8nm激光达增益饱和前,脉宽与增益介质长度成反比。出光时间及其脉宽都是软X射线激光重要的时间特性参数。激光的出光时间反应了对应能级增益产生的时间;而对激光脉冲脉宽的测量,可以确定激光脉冲能够分辨的最小时间尺度。由于软X射线激光来源于自发辐射放大,激光时间特性参数均由Z箍缩过程中的等离子体状态决定,对激光时间特性的探索,有助于深入了解软X射线激光形成的物理机制及Z箍缩效应的动力学过程。同时,通过探究不同实验参数下激光的脉宽变化的规律,可对毛细管放电参数进行优化,使激光满足未来的应用性实验的要求。
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