等离子体光学加工关键技术研究现状

等离子体加工技术是近年来发展起来的先进光学制造技术,具有快速缓解或去除传统光学加工方法导致的表面/亚表面损伤,以及高效、高精度和高分辨率修整光学面形的优势。从等离子体光学加工基本原理出发,基于等离子体激发频率与特征对发生器进行了简要叙述;进一步对各研究机构在等离子体加工技术涉及的射流特性、界面物化反应、损伤去除机理、去除函数、加工热效应和工艺定位等关键技术研究内容及成果进行分析,并对等离子体的新型光学加工技术进行介绍。随着研究的不断深入,构建多物理场和化学反应综合作用下的等离子体加工模型,揭示表面等离子体特性分布与去除函数的内在联系,从而建立准确的去除函数模型,是提高修形精度的发展方向,研究热效应控制方法和补偿策略在降低由热效应带来的修形误差方面起到了重要作用。     

表面等离子体波检测的新技术研究

报道表面等离子体波的一种新的检测技术，可以同时获得表面等离子体波激发过程中反射光的相位和光强变化。理论计算表明，表面等离子体激发过程中，Ｐ偏振反射波相位的变化可达３００°。在此基础上建立了光学外差测量装置，可同时获得相位和强度变化的信息，实验数据和理论计算吻合非常好。此方法比仅能给出强度变化的角度扫描衰减全反射（ＡＴＲ）方法，提供了更多的信息，而且相位检测比强度检测灵敏度高，为表面光学性质的研究、ＬＢ膜特征研究以及表面等离子体波传感器的研究提供了更有力的工具。     

离子刻蚀用的大面积射频离子束源

离子束技术已广泛应用于电子、材料、光学、医学和生物等多种领域，并取得了可观的技术效果与经济效益，尤其是在光学领域中采用此项技术可制造大刻划面积的全息离子刻蚀光栅，对提高高精度光谱分析仪器的性能具有十分重要的意义。随着技术的发展，对离子束源也提出了更高的要求，诸如：离子束流要求大，要有良好的均匀性，且要有好的离子束的光学品质等。本文介绍的离子束源是由电感耦合等离子体源及其引出系统构成。下面主要介绍电感耦合等离子体源及其引出系统，以及大面积均匀性离子束源的应用前景及其需要解决的关键问题。     

我国低温等离子体研究进展(Ⅰ)

低温等离子体物理与技术的研究在国内受到了越来越多的重视．在等离子体中发现的一些有趣的物理现象，如磁场重联、尘埃等离子体等，使人们对等离子体物理的研究掀起了新的热潮．在应用方面，几乎所有理工类实验室都有涉及低温等离子体技术的实验装置，这使得在我国低温等离子体应用方面的研究非常普及，包括微电子工业中的等离子体工艺，各种坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备，纳米材料的制备，聚合物以及生物材料的表面改性，等等．随着低温等离子体技术的发展，低温等离子体的诊断技术也随之发展起来．文章简要地介绍了近几年来低温等离子体研究在我国的发展，介绍了一些有关低温等离子体的热点研究课题．     

用发射光谱测量激光等离子体的电子温度与电子密度

本文研究以Ａｒ为缓冲气体，用Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀固体表面的等离子体。用光学多道分析仪测量了等离子体的时间分辨发射光谱，用一组ＭｎＩ谱线的相对强度计算了激光等离子体的电子温度，根据ＭｇＩ和Ａ１Ｉ谱线的Ｓｔａｒｋ展宽计算了等离子体的电子密度。     

纳秒激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中膨胀时的温度和密度参数演化

利用等离子体光学波段自发光成像、光学光谱和光学探针干涉等诊断手段, 观察了纳秒脉冲激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中的膨胀过程. 根据实验参数特征建立了简化的磁流体物理模型, 结合自发光强度的时间演化, 理论计算了等离子体温度和密度参数的时间演化, 理论计算结果与实验测量结果基本符合, 证实了碰撞磁扩散过程在等离子体演化中发挥了关键作用.     

表面等离子体亚波长光学原理和新颖效应

表面等离子体是沿着导体表面传播的波，当改变金属表面结构时，表面等离子体激元（surface plasmon polaritons，SPPs）的性质、色散关系、激发模式、耦合效应等都将产生重大的变化．通过SPPs与光场之间相互作用，能够实现对光传播的主动操控．表面等离子体光子学（plasmonics）已成为一门新兴的学科，它的原理、新颖效应以及机制的探究，都极大地吸引研究者们的兴趣．SPPs具有广阔的应用前景，例如，应用于制作各种SPPs元器件和回路，制作纳米波导、表面等离子体光子芯片、耦合器、调制器和开关，应用于亚波长光学数据存储、新型光源、突破衍射极限的超分辨成像、SPPs纳米光刻蚀术、以及生物光学（作为传感器和探测器）．文章介绍了表面等离子体光子学原理、新颖效应和物理机制，并简述若干应用。     

强激光等离子体的光学度规描述

利用一维等温膨胀激光等离子体的自洽密度分布和有质动力势,得到了强激光等离子体的光学度规,阐述了它的物理意义。 关键词：     

高分辨率表面等离子体显微镜综述

本文对表面等离子体显微镜的原理、架构和应用进行了综述,指出表面等离子体显微镜技术的未来发展方向是着力提高横向分辨率,接近光学衍射极限,以及发展与电化学、力学等微纳操纵手段结合的表面等离子体显微镜,形成微纳尺度下显微成像和操纵的闭环测量路径。     

Hα预测CT—6B托卡马克交流运行时的等离子体行为

首次采用光学多道诊断系数，通过Ｈα线的观测，研究了托卡马克交流运行期间等离子体的时空行为。结果发现：在电流过零处，等离子体未完全熄灭，使得电流转换后不需要第二次穿。等离子体的时空行为与电流波形有关。     

等离子体中散斑光场的传输特性

为了深入了解激光驱动惯性约束核聚变系统中连续位相板所产生的散斑在抑制等离子体非线性效应时起到的作用,采用统计光学理论及矩阵光学方法,分析了散斑在等离子体中的传输特性,并通过数值模拟计算了散斑的自相关函数值.在此基础上,解释了散斑抑制等离子体非线性效应的机制,通过定量计算揭示了散斑光场的自相关长度在传输过程中的变化.结果表明,高密度等离子体中的散斑自相关长度更短,这有助于对等离子体中各类非线性效应的抑制.     

Enhanced laser-induced plasma channels in air

Plasma is a significant medium in high-energy density physics since it can hardly be damaged. For some applications such as plasma based backward Raman amplification(BRA), uniform high-density and large-scale plasma channels are required. In the previous experiment, the plasma transverse diameter and density are 50–200 μm and 1–2 × 10~(19)cm~(-3),here we enhance them to 0.8 mm and 8 × 10~(19)cm~(-3), respectively. Moreover, the gradient plasma is investigated in our experiment. A proper plasma gradient can be obtained with suitable pulse energy and delay. The experimental results are useful for plasma physics and nonlinear optics.     

一种激光损伤阈值测试新方法

随着激光器朝向大功率、高能量的方向发展,激光损伤阈值成为了衡量光学元件抗激光损伤能力的重要参数之一,因此,能否准确地测量出光学元件的激光损伤阈值成为研究的重点。而光学元件激光损伤阈值测试的关键是能否准确地判别光学元件是否发生激光损伤。为解决目前常见的损伤判别方法存在的精度低、识别时间长、适用材料范围窄、操作复杂等不足,提出了一种新的激光损伤的判别方法,即等离子体诊断法。以K9玻璃为例,搭建激光损伤阈值的测试平台,利用光纤光谱仪采集强激光辐照K9玻璃时所产生的激光等离子体闪光光谱,并对该光谱进行诊断分析,将该光谱中是否含有待测试光学元件材料中特征元素的光谱峰作为其是否收到激光损伤的标准。同时,对K9玻璃进行了激光损伤阈值的测试,并将测试结果与等离子体闪光法和显微镜法所测的激光损伤阈值进行了对比分析。实验表明,提出的等离子体诊断方法的判别精度高、速度快、测试装置结构简单,易实现在线测量,可以大大地提高光学元件激光损伤阈值测试工作的效率。     

PHOTON ACCELERATION DRIVEN BY AN INTENSE LASER PULSE

Interaction of a laser field with a plasma wave is studied by metric optics. Analysis shows that the frequency upshifting of the laser pulse results from the plasma density gradient. A laser beam can be thought of as a packet of photons moving in a plasma and thus the laser frequency upshifting is equivalent to photon acceleration. Examination of the three-dimensional motion equations shows that a laser beam diffraction occurs in the presence of a radial variation of the plasma density. It is argued that the focusing mechanism originating from the plasma wave can curb laser diffraction so that photons may be trapped in the plasma wave and accelerated continuously.     

电磁波在径向非均匀球对称等离子体中的衰减

提出了一种计算任意入射角的电磁波在径向非均匀球对称等离子体中的传播和吸收的模型.在此模型中，把非均匀等离子体球分成若干个同心等离子体球壳，并且假定每一个同心壳层内等离子体密度均匀分布.采用几何光学近似方法，考虑相位系数和衰减系数的矢量性，分别研究了几种典型的非均匀密度分布形式的等离子体在不同碰撞频率、中心等离子体密度和电磁波入射角条件下对入射电磁波的传播和衰减特性，获得了一些有意义的结果. 关键词： 电磁波 碰撞频率 等离子体球 能量衰减     

X射线激光在等离子体中传播过程的简化模拟研究

对于电子密度为线性分布的等离子体,在几何光学近似下,通过简化模型研究了X射线激光的传播和增益过程,并给出了计算X射线激光的偏转角、发散角和最大光强的简单方法。其结果与理论模拟和实验结果都符合得比较好。     

Characterization,optimization and surface physics aspects of in situ plasma mirror cleaning

Although the graphitic carbon contamination of synchrotron beamline optics has been an obvious problem for several decades, the basic mechanisms underlying the contamination process as well as the cleaning/remediation strategies are not understood and the corresponding cleaning procedures are still under development. In this study an analysis of remediation strategies all based on in situ low‐pressure RF plasma cleaning approaches is reported, including a quantitative determination of the optimum process parameters and their influence on the chemistry as well as the morphology of optical test surfaces. It appears that optimum results are obtained for a specific pressure range as well as for specific combinations of the plasma feedstock gases, the latter depending on the chemical aspects of the optical surfaces to be cleaned.     

栅极热变形对离子推力器工作过程影响分析

栅极热变形是影响离子推力器性能和寿命的重要因素. 采用三维粒子方法对栅极系统等离子体输运过程进行模拟, 对比、分析栅极热变形前后栅极系统的电子返流限制、导流系数限制、离子通过率和发散角损失. 结果表明: 栅极热变形增大了屏栅离子通过率和推力器推力值, 并由于加速栅截止电流阈值的提高拓展了推力器工作电流区间, 但电子返流阈值的明显降低对栅极系统可靠工作造成了不利影响.     

Multilayer optics for XUV spectral region: technology fabrication and applications

We present research investigations in the field of multilayer optics in X-ray and extreme ultra-violet ranges (XUV), aimed at the development of optical elements for applications in experiments in physics and in scientific instrumentation. We discuss normal incidence multilayer optics in the spectral region of “water window”, multilayer optics for collimation and focusing of hard X-ray, multilayer dispersing elements for X-ray spectroscopy of high-temperature plasma, multilayer dispersing elements for analysis of low Z-elements. Our research pays special attention to optimization of multilayer optics for projection EUV-lithography (ψ-13nm) and short period multilayer optics.