提高毛细管放电类氖氩46.9nm软X射线激光强度的研究

为了提高毛细管放电类氖氩46.9 nm软X射线激光的强度,研究了工作介质中气体的掺杂对激光强度的影响。研究表明,在纯Ar中掺入适量的He显著地提高了激光的输出强度。通过对比在Ar中掺入Ne、N2以及Kr等其他气体的实验,系统地分析了He的掺入对等离子温度的影响,找到了在特定工作气压下最佳的掺杂比,有利于进一步提高毛细管放电46.9 nm软X射线激光的强度。在放电等离子体极紫外光刻(EUVL)光源研究过程中,也采用了在Xe中掺入适量He的方式以提高13.5 nm的输出强度。

毛细管放电类氖氩X光激光中的准稳态增益

利用与全时间相关速率方程组相耦合的一维辐射磁流体力学程序 ,对类氖氩毛细管放电产生 X光激光全过程进行了数值模拟 ,并根据模拟结果 ,深入细致地分析了产生 4 6 .9nm激光线的增益过程 ,指出其较高的增益来自类 Ne离子的高布居和电子温度密度瞬变 ,这与稳态时的低增益情况很不一样 ,通过原子动力学层次的分析 。

激励类氖氩软X射线激光的最佳放电电流波形

为了提高毛细管放电类氖氩46.9 nm软X射线激光的强度,研究了主脉冲电流波形对等离子体Z箍缩过程、激光的产生时间及激光强度的影响。通过改变主开关导通电感,实现了对主脉冲电流上升沿的改变。随着电流上升沿的增加,激光尖峰幅值减小,激光产生时间增加。实验进一步研究了平均电流变化率对激光强度的影响:在毛细管内径3 mm、管内初始气压30 Pa的情况下,产生46.9 nm激光的最佳平均电流变化率约为7.0×1011A/s。

预-主短脉冲激光驱动的高增益类氖氩软X射线激光

用数值模拟程序计算了脉宽1.5ps预脉冲和主脉冲激光,经1.2ns的时间延迟先后泵浦喷射的密度为6.632×10-3g/cm3的氩气柱,以获得高增益的类氖离子电子碰撞激发3p 3s跃迁激光的可能性。结果表明:在等离子体中能够形成宽的类氖离子丰度大于50%的区域,并且具有大于1020cm-3的自由电子密度。主脉冲到达之后迅速加热自由电子,高密度的自由电子与类氖离子碰撞激发形成具有很高增益系数的增益区,增益区的半高宽度大约100μm,一维理论计算的增益系数为200～300cm-1,持续时间大约相当于泵浦激光的时间宽度,在1～2ps之间。

类氖氩离子光谱参数的计算

为弥补光谱数据在实验方面的空白,满足相关领域研究的需求,利用扭曲波波恩近似方法及AUTOSTRUCTURE(AS)程序,计算了类氖氩(Ar8+)离子2s22p53n、2s2 p63n(n=s、p、d)组态的光谱参数,预言了部分实验中尚未观测到的能级值.理论计算值与已有的实验值进行对比,吻合较好.从已有的实验值与理论计算值对比结果的高度准确性看,这些预测值是可信的.结果表明,采用扭曲波波恩近似并结合AUTOSTRUCTURE(AS)程序的研究方法,可以成为研究原子或离子碰撞激发光谱的途径.

毛细管放电类氖氩等离子体放电参数的研究

为了验证建立起来的实验装置的合理性和有效性 ,从等离子体箍缩效应的基本理论出发 ,建立了等离子体平衡箍缩的理论模型 .计算出了在毛细管中充入 80Pa氩气时的箍缩电流 ,这一放电参数对指导毛细管放电装置的调试实验有着重要意义 .同时 ,在毛细管中充入同样气压的氩气并进行了毛细管放电实验 ,放电实验的结果为 :当Marx发生器所加直流高压为 190kV时 ,通过两次分压测得最大放电峰值电流为 30 .4kA .由此估算 ,Marx发生器输出电压最大为 30 0kV时 ,放电电流可达 4 0kA以上 .

毛细管放电类氖—氩等离子体参数计算

利用北京计算数学与物理研究所编制的一维磁流体力学程序对毛细管放电抽运类氖-氩离子等离子体进行了计算.将等离子体Z箍缩过程分三个阶段进行了分析:初步电离的等离子体被箍缩、加热、电离阶段;等离子体坍塌产生X光阶段;等离子体膨胀激光输出结束阶段.给出了等离子体半径、电子、离子温度和密度、箍缩速度等参数随放电电流的变化.根据Cowan程序对类氖-氩原子参数的计算结果,讨论了在毛细管放电类氖-氩等离子体中形成粒子数反转的可能性.最后,讨论了在类氖-氩等离子体中产生46.9 nm软X光激光的条件:电子密度Ne(0.3-1)*1019 cm-3,电子温度～60 eV;并对软X射线激光能在等离子体中实现传输、放大的条件进行了分析:要求细的等离子体直径(～几百微米),以避免类氖-氩2p-3s谱线的自吸收;径向电子密度分布成凹线形以实现激光的传输.(OA3)

毛细管放电Z箍缩等离子体X射线激光

毛细管放电Z箍缩等离子体软X射线激光器近几年发展非常迅速 ,已经获得了在 4 6 .9nm的波长上近毫焦量级的激光输出 ,重复频率达到了 4Hz.利用这种软X射线激光在等离子诊断、物质烧熔等方面已开展了初步的应用实验研究 .文章介绍了毛细管放电泵浦的两种物理机制 ,阐述了类氖氩离子 2 p53p1 S0 — 2 p53s1 P1 能级间粒子数反转的形成及毛细管放电等离子体柱的演变过程 .深入理解这些物理过程 ,对发展毛细管放电软X射线激光将起到积极作用 .