脉冲激光沉积过程中TiO_(2)等离子体状态诊断及薄膜特性的研究

脉冲激光沉积技术由于具有较高的沉积速率和良好的兼容性,已广泛应用于各种纳米薄膜材料的制备.探究激光等离子体状态与沉积薄膜特性之间的关系,有助于进一步调控与优化脉冲激光技术对薄膜材料的沉积.本文将等离子体状态诊断与沉积薄膜性能相结合,讨论了不同脉冲激光能量下等离子体状态对沉积薄膜性能的影响.结果表明,低烧蚀能量下产生的等离子体更有助于获得质地更好,且与靶材晶相一致的优良薄膜材料.该结果也为探索和调控沉积过程提供参考.

背景气体中激光Al等离子体演化的干涉诊断研究

利用自主搭建的马赫-曾德尔激光干涉诊断系统研究了空气压强在1 atm和0.1 atm以及氩气在1 atm下纳秒脉冲激光烧蚀产生Al等离子体的冲击波膨胀和电子密度演化.从测量的干涉图中提取了等离子体冲击波的膨胀轮廓,诊断了等离子体的电子密度.研究结果表明,在空气背景气压为0.1 atm时,等离子体冲击波轮廓和速度都较大;而压强在1 atm时,氩气环境中等离子体冲击波的膨胀速率和轮廓均较小.空气环境在0.1 atm下,冲击波的横向膨胀速度在50 ns时达到了约3.4 km·s^(-1),但随着延迟时间的增加快速衰减,5μs后,3种情况下的冲击波均接近声速.此外,空气环境0.1 atm下等离子体空间区域较大,整体电子密度较低;而氩气环境在1 atm下,等离子体空间区域较小,整体的电子密度较高,在300 ns时核心区域电子密度达到了10^(18) cm^(-3).结果进一步显示了背景气压对等离子体膨胀约束具有主导作用,而压强相同时,氩气环境对等离子体的约束要强于空气环境.

激光诱导荧光在低温等离子体诊断中的应用

激光诱导荧光技术(LIF)应用到等离子体中已经有超过20年的历史,在等离子体处理中的应用也已经持续了十多年。激光诱导荧光系统可以用于刻蚀、溅射以及薄膜沉积等离子体源的诊断研究。离子密度和速度分布及对流、传播参数等,都可以用LIF直接测量或间接计算得到。LIF可以得到时间分辨和空间分辨的离子分布方程,可用于等离子体热力学和等离子体迁移的研究。

激光产生的高温高密度等离子体诊断技术——我院在这一领域工作的进展

本文强调了诊断技术在激光产生的高温高密度等离子体物理研究中的作用,简介了我院在该领域中诊断技术方面做过的工作和今后的设想。

应用于ICF等离子体诊断系统的长焦深光学元件设计

针对惯性约束聚变激光等离子体诊断系统的特殊需求．提出采用对数型轴锥镜来实现长焦深功能，并采用超高斯边缘匀滑、中心切趾及选择合适的器件参数等方法优化了长焦深器件的性能。模拟实验证明，为了得到满足要求的长焦深、小焦斑、小旁瓣和均匀的轴上及横向光场分布的聚焦光束，对数型轴锥镜的焦深应为3～5mm；元件中心须采用切趾，而且切趾半径应为15～60mm；元件边缘宜采用5阶超高斯匀滑。设计出焦深长达3mm、轴上光强均匀、旁瓣峰值小于中心强度的2％且横向光斑较均匀的长焦深器件，可以满足激光等离子体诊断的要求，并用菲涅耳衍射积分对该元件光场的模拟实验验证了该方法的可行性。

用于诊断激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪

研制了一种新型的双通道椭圆弯晶谱仪,椭圆的离心率和焦距分别为0.9586和1350mm。 利用晶体作色散元件,布拉格角为30～67.5,谱线探测角为55.4～134。在两个通道上用CCD和条纹相机同时测量射线的空间和时间分辨光谱。在“神光Ⅱ”激光装置上进行了首次摄谱实实验,实验结果表明该谱仪的光谱分辨力为0.002nm。

强激光产生的等离子体能量诊断探测器

介绍了ＩＣＦ实验中强激光产生的等离子体能诊断用探测器的结构、原理和性能测试。作者详细介绍了等离子体能量诊断方法和在“神光１”上完成的１．０５、０．５３ｕｍ激光辐照Ａｕ盘靶产生的等离子体能量的测试结果。

极化X光谱诊断铝激光等离子体的电子密度

为了准确诊断激光等离子体的电子密度,提出了一种基于极化光谱的类氦共振线与互组合线相对强度比诊断电子密度的方法.该法考虑了激光等离子体发射的X射线存在极化的特性,用极化光谱理论对测量的类氦共振线和互组合线光谱相对强度比进行精密校正,再推导等离子体的电子密度.在2×10J激光装置上进行了实验,使用极化PET(002)晶体谱仪测量了Al类氦离子光谱,利用光谱的极化特性推出Al等离子体的电子密度约为1.5×1020 cm-3.结果表明极化X光谱推导等离子体电子密度方法适合激光高温高密等离子体诊断.

激光等离子体X射线特征谱轮廓诊断

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上,将0.35μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体,利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度;然后在假定光性为薄的情况下,利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450eV,电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差,初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。

用于激光等离子体X射线诊断的谱仪

为了诊断波长为0．5～0．8nm的激光等离子体X射线，研制了一种新型的高空间和光谱分辨率的晶体谱仪。采用2个不同分光计材料、不同形状且相互垂直分布的通道可以同时获得谱线的空间和光谱分辨率。利用成像板接收光谱信号，其有效接收面积为30mm×80mm。讨论晶体基本参数和给出了谱仪设计参数。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的20J激光器装置进行实验，两个方向的成像板同时获取得到了Al激光等离子体X射线光谱，其中水平通道的PET平面晶体获取的空间分辨率为1．73～6．88mm，而垂直通道的Mica球面弯晶得到的光谱分辨率达到1000～1500。实验结果表明该谱仪适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。

大气压非平衡等离子体诊断:激光诱导荧光

大气压非平衡等离子体由于在生物医学、环境治理、材料加工等领域具有广泛应用价值,近来受到了极大的关注。而等离子体中各种活性粒子在这些应用中往往扮演着重要的角色,因此对各种活性粒子浓度的诊断是推进其应用的关键。文中针对大气压非平衡等离子体诊断中的一种重要的诊断方法,即激光诱导荧光方法进行了较为详细的评述。首先对激光诱导荧光的基本原理、实验装置进行了系统的介绍。并给出了单光子和双光子激发的绝对密度标定方法和实验案例。针对常见的OH、NO、O、N等活性粒子,分析讨论了不同等离子体源条件下的分布特性。最后根据激光诱导荧光技术的特点和研究现状,分析讨论了未来的研究方向。

大气压非平衡等离子体诊断:激光散射

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用。为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少。激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述。首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类型的激光散射进行了基本的介绍,推导了相应的计算式。随之总结归类了目前已报道过的3种的散射诊断策略,分别为:三光栅光谱仪、布拉格光栅滤波器和物理掩膜结合单光谱仪结构,并对这3种诊断策略的优缺点进行了归纳。分析讨论了近些年散射诊断应用在大气压非平衡等离子体中的研究成果,讨论了激光散射的研究方向。基于此凝练了激光散射在大气压非平衡等离子体中实现成功诊断的核心技术问题,这对拓展激光散射在等离子体诊断中的应用范围具有一定的指导意义。

用于激光等离子体诊断的滤波-差分硬X光谱仪

介绍了利用滤片和 Si半导体探测器差分阵列组合的硬 X光谱仪的工作原理、结构性能和测谱特点。给出

用修正双晶技术诊断激光等离子体X射线极化度

研制了激光等离子体极化光谱仪,用于诊断波长为0.2～20nm的激光等离子体X射线的极化度并推断等离子体内部的各向异性状态。设计的谱仪在电子束垂直入射面内正交布置的色散元件均为PET晶体,两通道均用成像板接收光谱信号,其有效面积为30mm×80mm,从光源经晶体到成像板的光程分别为980mm和310mm。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心20J激光器上进行固体靶实验,获得了Al离子类氦谱线,经过对类氦共振线和互组合线校正,推算出两谱线的极化度分别为0.123 3和0.148 1。结果表明,激光等离子体内部存在弱各向异性,该谱仪适用于激光等离子体极化光谱的诊断。

用于激光等离子体诊断实验的二倍频探针光系统

为了满足基准物理实验的要求 ,准确地探测出靶面的等离子体的电子温度、密度、电子离子漂移速度等参数 ,在星光 激光装置上发展了一束二倍频激光作为探针光。通过模拟实验已经证实了该探针光的二倍频总能量大于 5J,焦斑尺寸小于 1 0 0 μm,可以满足激光与等离子体相互作用的高功率要求。目前 ,该探针光系统已经用于用于激光等离子体诊断实验的常规运行。

位相恢复法与X射线激光等离子体密度诊断

详细介绍了 XUV波段 Gabor全息及位相恢复法去除 Gabor全息孪生像的全部过程 ,分析了 X射线激光 Gabor全息术对等离子体和实验条件的要求 ,编程对全息图的制作、反演以及位相恢复法的全过程进行了模拟 ,并对三个模型进行了计算比较。

等离子体参数的激光探针诊断技术

激光探针诊断技术作为一种等离子体主动诊断技术,在等离子体参数诊断中具有其独特的优势。文章综述了激光作为探针诊断等离子体参数的干涉诊断技术、摩尔偏折诊断技术以及Thomson散射诊断技术,分别介绍了各种技术的原理和一般方法。

激光等离子体诊断用Wolter型X射线显微镜的设计

围绕着稠密等离子体硬X射线成像诊断,提出了一种基于阿贝正弦条件的Wolter型X射线显微镜的光学系统设计。详细介绍了Wolter显微镜的结构特点和设计方法,进行了参数优化,定量分析了包括物距、放大倍数、掠入射角和双曲面镜镜长在内的初始结构参数对物镜性能的影响。由光线追迹可以得出,在约±260μm的视场范围内分辨率优于1μm;在±460μm范围内优于3μm。有效视场可达约1mm,几何集光立体角约为6.1×10^(-5)sr。同时,该系统具备平响应系统特性,在mm级的视场范围内,系统响应效率的一致性优于93.7%。

激光深熔焊接等离子体发射光谱诊断研究

综述了激光等离子体发射光谱诊断的基本假设;介绍了电子温度、密度光谱计算最常用的方法;同时综述了国内外激光焊接等离子体光谱诊断的研究进展。旨在对激光焊接等离子体光谱诊断基本理论和当前的研究进展进行全面的梳理,并对开展激光焊接等离子体光谱试验工作提供理论支持和技术参考。

用于激光等离子体诊断的亚千X射线能谱仪

本文简介了由滤片-X射线二极管阵列组成的具有亚纳秒时间分辨的亚千X射线能谱仪。在0.1到1.5keV能区能量分辨约为200eV。着重介绍了谱仪的结构和应用,数据处理及误差。并就激光—金平面靶相互作用实验中,在激光强度约10^(14)W/cm^2条件下获得的部份数据进行了简化处理,给出了激光等离子体亚千X射线辐射能谱,由此推出等离子体辐射温度。