气体靶激光等离子体软X-射线源实验研究

介绍了一种无碎屑、高亮度、高工作频率的气体靶激光等离子体软X 射线源。其喷气阀门由压电陶瓷驱动 ,工作频率可达到 40 0Hz。与金属靶激光等离子体软X 射线源相比 ,此光源无碎屑。与喷嘴由电磁阀控制的气体靶激光等离子体软X 射线源相比 ,它有较高的工作频率。一工作在模拟模式的通道电子倍增器被用于探测来自光源的软X 射线辐射 ,其输出信号经过一电荷灵敏前置放大器进一步放大变成电压脉冲信号 ,脉冲幅度与输入电荷灵敏前置放大器的电量成正比。实验测得CO2 ,Xe和Kr在 8～ 2 2nm软X 射线投影光刻常用波段的光谱辐射特性。CO2 光谱包括类锂和类铍离子跃迁形成的线谱 ,Xe光谱是多电荷氙离子 4d 5f,4d 4f,4d 6p和 4d 5p跃迁所形成的光谱。Kr气体靶光谱包括类铜离子、类镍离子、类钴离子和类铁离子跃迁形成的线谱和连续谱。     

飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究

对强飞秒激光聚焦在空气中所激发的等离子体的发射光谱进行了实验研究.结果表明,光谱特征表现为短波段(截至波长为340 nm)强烈的连续谱和长波段(波长在800 nm附近)强度相对较低的线光谱.在脉冲宽度(50 fs)保持不变而不断调节激光脉冲能量时,等离子体光谱形状的特征基本相似;当激光脉冲能量(1 mJ)保持不变而脉冲宽度从50 fs增加至500 fs和1 ps时,连续谱的峰值(500 nm)显得格外突出,并开始呈现出线光谱特征. 关键词： 飞秒激光 激光空气等离子体 发射光谱 线光谱     

Au激光等离子体M带5f-3d跃迁的光谱参数

用超组态碰撞辐射模型模拟非局域热动力学平衡中Au的M带谱5f-3d跃迁的离子电离态特性，激光等离子体的光谱跃迂参数是必不可少的。利用多组态Dirac-Fock广义扩展平均能级方法，用GRASP^2系统地计算了激光Au等离子体中类铁金离子-类锗金离子的M带谱5f-3d的光谱跃迁波长．跃迁几率和振子强度，计算中考虑了重要的核的有限体积效应、Breit修正和QED修正，所得结果和最近的实验数据及理论计算值进行了比较。此结果可应用于对激光等离子体的模拟和诊断。     

等离子体密度对放电等离子体极紫外光源影响研究

等离子体状态是决定极紫外光源功率和转换效率的最重要因素之一,理论和实验研究上Xe气流量对放电等离子体极紫外光源辐射谱和等离子体状态的影响,对于优化光源工作条件具有重要的意义。理论上,采用碰撞-辐射模型,模拟了非局部热力学平衡条件下,不同电离度的离子丰度分布随电子温度和离子密度的变化。推导了Xe8+~Xe11+离子4d-5p跃迁谱线强度随电子温度的变化趋势。实验上,采用毛细管放电机制,利用罗兰圆谱仪测量和分析了不同等离子体密度条件下,放电等离子体极紫外光谱的变化,分析了Xe气流量对等离子体状态的影响。理论和实验结果表明： 相同的电流条件下,等离子体箍缩时的平均电子温度随着Xe气流量的增加而降低。对于4d-5p跃迁,低电离度离子与高电离度离子谱线强度的比值随着温度的增加而减少。电流28 kA、Xe气流量0.4 sccm(cm3·min-1)时,等离子体Z 箍缩平均电子温度位于29 eV附近。Xe气流量增加时,受离子密度和最佳电子温度的影响,实现Xe10+离子4d-5p跃迁13.5 nm(2%带宽)辐射谱线强度最优化的Xe气流量位于0.3~0.4 sccm之间。     

短密度梯度尺度等离子体中的软X射线激光

通过数值求解等离子体流体力学方程组，研究了短脉冲激光打靶结束后形成的短密度梯度尺度等离子体的冷降温过程，讨论了热传导，膨胀作功，辐射损失三种冷却机制对降温过程的贡献，并用解流体力学方程组得到的等离子参数计算ＭｇＸＩ等离子体中波长小于２０ｎｍ的所有可能跃迁的自发辐射放大增益系数，分析了它们与环境条件的关系，指出了在ＭｇＸＩ等离子体中获取水窗附近乃至水窗波段软Ｘ射线激光的可能性。     

水窗波段附近激光等离子体X光辐射产生的途径

讨论了利用激光等离子体产生水窗波段Ｘ光辐射的可能途径。靶材，即原子序数的选取是决定产生这一波段辐射的基本因素，利用激光等离子体的平衡态和非平衡态特性都可在水窗波段产生亮度Ｘ光辐射，提出利用黑体辐射来实现水窗波段Ｘ光显微成像研究的方案。     

软X射线-真空紫外波段光谱光源研究

介绍长春光学精密机械与物理研究所进行的软X射线-真空紫外波段光谱光源研究工作。研制成功的壁稳氩弧光源光谱辐射稳定性和重复性达±0.3%,可作标准辐射源,用于真空紫外波段仪器光谱强度绝对辐射定标。研制成功的潘宁(Penning)光源、双等离子体光源和空心阴极光源,可以覆盖从十几个nm至几十nm波段范围,光谱辐射稳定性和重复性达±1.0%,提供不同工作气体在该波段的原子和离子线谱,用于光谱仪器的波长定标。所研制的激光等离子体光源,尤其是近期研制成功的无污染微液滴喷射靶激光等离子体光源,可以提供较高亮度的软X射线辐射,13.0 nm处激光-软X射线转换效率达0.75%／2π·sr／2%带宽,适合于光刻和该波段辐射计量研究。     

EAST等离子体Mo Ⅴ-Mo ⅩⅧ极紫外光谱的识别

磁约束聚变等离子体中高Z杂质的存在给等离子体的约束状态带来不同程度的影响.EAST装置第一壁是钼瓦,不可避免地,等离子体与壁相互作用会使钼进入等离子体成为高Z杂质.本文利用EAST托卡马克装置快速极紫外杂质谱仪系统实现了对5—500?(1?=0.1 nm)波段范围内杂质线光谱进行同时监测.结合EAST等离子体低、中Z杂质的特征谱线对波长进行原位标定,基于NIST数据库和已有实验数据进行对比,并利用归一化谱线强度随时间演化行为,对较低电子温度(T_e0=1.5 keV)等离子体中5—485?波段范围内由瞬态钼杂质溅射产生的钼光谱进行了系统性识别.在15—30?和65—95?波段范围观测到分别由电离态Mo¹⁹⁺-Mo²⁴⁺(MoⅩⅩ-MoⅩⅩⅤ),Mo¹⁶⁺-Mo²⁹⁺(MoⅩⅦ-MoⅩⅩⅩ)组成的未分辨跃迁系.而且在EAST上观测并识别出27—60?和120—485?波段范围内低价钼离子(Mo⁴⁺-Mo¹⁷⁺)的多条谱线(MoⅤ-MoⅩⅧ...     

飞秒强激光与欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射

对超短超强激光脉冲 (45fs,6× 10 17W /cm2 )与光致电离氦气形成的欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射进行了实验研究。测量了多种打靶强度的飞秒激光脉冲与不同气体密度氦气相互作用的二次谐波光谱 ,得到在欠稠密等离子体中二次谐波辐射与打靶激光能量的关系 ,分析了产生二次谐波辐射产生的物理机制 ,在考虑了强短脉冲激光电离气体产生的等离子体径向电子密度梯度因素 ,基于非线性作用过程的理论预期曲线与实验结果较好地吻合     

等离子体光栅靶的表面粗糙度对高次谐波产生的影响

极紫外光和软X射线由于其波长和脉冲持续时间极短,可用于超快物理过程和物质微观结构的探测.最近几年,研究人员发现激光和等离子体相互作用可以产生持续时间极短(阿秒)且相干性较好的高次谐波辐射,其波长可接近甚至达到水窗波段.然而,实验研究指出,理论上应出现的一些谐波在实验中并没有出现.本文针对超短超强激光与非理想条件下的等离子体光栅靶相互作用产生高次谐波的物理过程进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,等离子体光栅的周期性结构对于高次谐波的频谱和辐射角分布存在显著调制效果.光栅靶表面粗糙度直接影响光栅的光学调制效果,改变高次谐波的频谱分布和辐射角分布.理想光栅条件下,满足光栅匹配条件的特定阶数谐波明显获得增强,且辐射张角集中在平行靶面的方向.靶表面粗糙度的出现,导致光栅匹配条件失效,高次谐波能量向各阶分散且辐射张角逐渐偏离靶表面方向.研究结果较好地解释了实验中观测到的谐波频谱分布,为进一步的研究提供了一定参考.     

类Li钙离子精细结构能级和软X射线光谱的理论计算

用多组态HFR方法计算了类Li等电子序列钙(Ca,Z=20)离子1s~2nl(n=2～6,l=0～5)组态的所有能级和电偶极跃迁的软X射线光谱,其中4f→3d,5f→3d及5d→3p、4d→3p由于其下能级跃迁速率较大,容易形成粒子数反转因而可作为激光跃迁,5f→3d、6f→3d跃迁已处于“水窗”波段,而4f→3d的激光跃迁(5.77nm)已为我们最近的实验所证实.并将我们的计算结果与其它理论计算和实验数据进行了比较.     

氩气中飞秒超强紫外激光成丝的实验研究

中心波长808 nm,脉宽70 fs的钛蓝宝石激光系统三倍频后产生的中心波长268 nm、带宽1.5 nm、单脉冲能量0.58 mJ的紫外超快激光光源经凹面镜聚焦后注入到样品池氩气中,由强场非线性效应诱导形成了等离子体通道,并对紫外激光脉冲光谱进行展宽.实验着重研究了268 nm波段的紫外激光成丝特点,以及在不同气体压强、聚焦长度、气体种类等条件下紫外光丝对光谱的调制作用.在2.2×105Pa氩气气压、焦距1000 mm条件下,可以获得光谱宽度3.3 nm,加宽为人射紫外脉冲的2.2倍.实验观察到压强和聚焦长度的增加都有利于等离子体通道的增加,有利于光谱展宽.紫外激光诱导的等离子体通道为在紫外波段内获得极端超快激光脉冲提供了有效的途径.     

CO2激光锡等离子体极端紫外及可见光光谱

利用CO2激光烧蚀锡靶产生等离子体,当入射到靶面的单个脉冲能量为400mJ,半峰全宽(FWHM)为75ns时,使用光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)采集了等离子体的时间分辨光谱。在局域热平衡假设下,利用谱线的斯塔克展宽和五条Sn II谱线的相对强度计算并得到了等离子体电子密度、电子温度和辐射谱线强度随时间的变化规律;利用掠入射极端紫外平场光栅光谱仪,结合X射线CCD同时探测了光源在6.5～16.8nm波段的时间积分极端紫外辐射光谱。实验结果表明:激光点燃等离子体早期的100ns内有很强的连续谱,此后才能分辨出明显的原子和离子线状谱。在延时0.1～2.0μs的时间区间内,等离子体中的电子温度和密度分别在2.3～0.5eV和7.6×1017～1.2×1016 cm-3范围内,均随时间经历了快速下降,然后再较缓慢下降的过程。激光锡等离子体极端紫外不可分辨辐射跃迁光谱峰值中心位于13.5nm,FWHM为1.1nm。     

高次谐波产生阿秒极紫外和X光脉冲研究新进展

 近年来在可见光谱范围内已经把激光脉冲压缩到接近一个光学周期(2～3 fs)的物理极限,几fs的时间分辨精度可以描述分子化学反应过程,但是要探测远小于可见光周期的电子跃迁过程则需要阿秒(as)量级的光脉冲。利用脉冲间具有相同载波包络相位的阿秒脉冲序列能把可见光波段的光学频率梳向极紫外波段扩展;利用电子和离子碰撞复合过程短于一个光周期这个时间窗,通过测量激光场椭圆极化率对电子轨迹的微扰实现了as精度的分辨率;通过测量碰撞复合过程中的高能电子的辐射谱可以重构阿秒X光脉冲以及探测强场下束缚态和连续态电子动力学。     

高度离化的钼离子细致结构能谱测量

高度离化的中、高z元素激光等离子体辐射的细致结构能谱对惯性约束聚变等离子体诊断和原子结构理论计算等方面非常有用．在“神光Ⅱ”激光装置上，聚焦0．35μm激光束于真空室内的钼（Mo）元素固体靶上，产生Mo激光等离子体，用高分辨椭圆弯晶谱仪测量Mo激光等离子体辐射在0．32-0．58nm范围内的X射线细致结构能谱，并对实测能谱进行辨识和归类．辨识出了n=4—2，3—2系列离子共振跃迁和内壳层跃迁的能谱线，还有类氢、类氦离子共振线及伴线．另外，对谱线的半高全宽度（FWHM）值做了分析．在整个测量范围内，谱线精确波长值的绝对误差小于0．0005nm，与HFR方法得到的理论计算结果值比较，两者符合较好．此工作的结果对积累Mo元素离子谱线数据具有重要的意义．     

环境气压对激光烧蚀Cu诱导发光机理的影响

利用时间分辨的光谱测量技术,测定了不同氪气压强下脉冲激光烧蚀金属Cu诱导等离子体发光羽的发射光谱及其强度随时间的分布。利用快速同步照相的方法,拍摄了不同氪气压强下的等离子体发光羽的照片。实验结果表明,等离子体发光羽的光谱主要由原子谱线构成,发光羽颜色随环境气压而变化。结合实验结果探讨了环境气压对脉冲激光烧蚀Cu诱导等离子体发光羽的发光机理的影响,认为不同环境气压下等离子体发光羽的发光机理不同,低压下以电子碰撞传能激发辐射为主,中压下以电子与原子碰撞传能激发和电子与一价离子的复合激发辐射为主,高压下以电子与一价离子的复合激发辐射为主,并用此机理定性地解释了所观察到的实验现象。     

激光诱导AlO自由基B2∑+–X2∑+跃迁光谱研究

基于激光诱导击穿光谱技术, 利用Nd:YAG脉冲激光激发Al₂O₃ (含量为99%)陶瓷片产生等离子体, 获得了AlO自由基B²∑⁺–X²∑⁺跃迁的33条发射谱线. 就AlO自由基光谱的时间演化规律和激光能量对谱线的影响规律进行了研究与分析. 结果表明, AlO自由基光谱出现在Al原子和Al离子光谱之后, 且持续时间较长. 当激光的脉冲能量由10 mJ起不断增加时, AlO自由基光谱强度逐渐减小, 且最大值出现时间随激光能量的增加而后移. 在此基础上, 进行了陶瓷等离子体在空气和氩气环境下的对比试验, 发现从Al₂O₃陶瓷片中激发所产生的AlO自由基必须有空气中O₂参与反应. 关键词： 激光诱导击穿光谱 AlO自由基 B²∑⁺–X²∑⁺跃迁光谱')" href="#">B²∑⁺–X²∑⁺跃迁光谱     

类Na铜离子软X射线激光初步研究

本文报道在上海光机所LF12~＃激光装置上利用自制极紫外掠入射光栅摄谱仪,进行类Na铜离子复合泵浦软X射线激光研究的初步实验结果,低泵浦条件下(2.5×10~(12)W/cm~2)的光谱表明,得到自发发射放大是有希望的。文章还给出了类Na等电子数序列离子复合激光波长与原子序数的关系及推广到水窗波段的可能性。     

泵浦功率密度对复合类锂离子X射线激光特性的影响

本文通过分析不同泵浦功率密度下类钾硅离子X射线激光的实验结果以及有可能实现X射线激光的其它类锂离子的光谱特性,表明利用类锂离子复合方案,在现有驱动激光装置上实现“水窗”波段放大器有很大的可能性。     

Auq+(q=53-47)激光等离子体的辐射复合速率系数

辐射复合过程在超组态碰撞辐射(SCROLL)模型中真实模拟非局域热动力学平衡(non-LTE)高Z材料Au激光等离子体M带谱5f-3d跃迁中各种复杂离子的电离态特性是一个主要过程.基于准相对论多组态Hartree-Fock理论和扭曲波近似,采用组态平均的方法,从头计算了金M带类铁金离子-类锗金离子的辐射复合速率系数,计算过程中包含了大量的单激发和双激发态,结果表明高Z元素由于自电离能级的广泛分布和复杂的级联效应,致使高Z元素的辐射复合系数不同于低Z元素的,其计算结果可用来模拟Au的激光等离子体M带5f-3d跃迁的平均电离度和电荷态分布及能级布居数.