毛细管放电泵浦46.9nm激光深度饱和研究

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从上个世纪六十年代初期,梅曼发明了第一台红宝石激光器开始,激光技术迅速发展,并且在现在人们工作及生活中占据着至关重要的地位。而X射线波段激光(中心波长在1~100nm)由于其瞬间亮度高、波长短和脉冲持续时间短等优点,受到各国研究人员的重视,直到1984年首次获得了X射线激光输出。我们实验室采用的软X射线激光器的泵浦方式为毛细管放电泵浦,这种泵浦方式是目前国际上几种被认为是最可能实现X射线激光器小型化工业化发展的方法之一。在本文中,主要对软X射线激光深度饱和展开研究,由于在之前的实验中我们已经在35cm长的毛细管中获得了gl=19.6的激光饱和输出,因此希望通过增加毛细管长度以进一步提高增益长度积,获得激光的深度饱和输出。第二章中对激光器的各个关键部件进行了详细的介绍,主要包括:Marx发生器、Blumlein传输线、主开关、预脉冲开关以及预脉冲系统等,并且更换了放电室以容纳更长的45cm长毛细管,另外还对装置运行的基本流程进行了介绍。在软X射线激光深度饱和输出实验研究方面,第三章及第四章中分别进行了软X射线激光的最佳输出条件的研究和激光深度饱和输出的研究。其中最佳输出条件的研究主要是通过改变装置的主脉冲电流幅值和毛细管内Ar气气压这两种手段,研究不同条件下激光的输出强度及激光输出的稳定性,最终确定激光最佳输出主脉冲电流和毛细管内气压这两个实验参数。并且通过实验数据分析了主脉冲电流幅值及毛细管内气压这两个实验参数对软X射线激光输出的影响。第四章的实验部分是通过更换不同长度的电极以改变毛细管的增益长度,进而获得不同增益长度下激光输出的幅值,经过Linford公式拟合得出激光器在45cm毛细管中的增益系数,计算出激光器的增益长度积,验证在最佳出光条件下获得的激光输出为深度饱和输出。此外还进行了激光输出能量的计算,经过计算后激光输出的能量估计值大于125μJ。理论研究方面,在第四章中通过对毛细管放电Z箍缩雪耙模型的理论分析,推导出Z箍缩效应对毛细管内等离子体柱的压缩情况与主脉冲电流幅值及毛细管内的初始气压之间的关系,并通过C语言编程,计算出不同初始气压下,毛细管内等离子体柱随主脉冲电流变化的曲线。将实验数据与理论分析相结合,得出主脉冲电流及毛细管内初始气压对增益系数的影响。
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