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46.9nm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,对实验提出了一些有益的建议。     

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7.0×10¹¹ A/s。     

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7.0×1011 A/s。     

毛细管放电条件下类氖序列原子参量计算与分析

利用多组态求解相对论性的Hartree-Fock-Roothan方程(HFR)方法计算了类氖离子(Z=13～27)2s^22p^5—2s^22p^53s能级之间跃迁的原子参量,包括类氖氩激光系统的能级,振子强度,自发辐射衰变速率,能级寿命,电子碰撞激发截面及电子碰撞激发速率系数等。以类氖氩离子为例,分析了等离子体内46．9nm激光跃迁的粒子数反转的形成及谱线放大过程,讨论了其它几条谱线产生增益的可能性,分析了激光线振子强度随核电荷数的变化规律。根据获得的原子参量,计算了利用毛细管放电产生类氖氩和类氖氪x射线激光的放电参量,其中类氖氩毛细管放电的初始压强的范围为30~90Pa,放电电流峰值为10～50kA。理论计算结果为类氖氩x光激光实验分析,深入研究等离子体反转动力学,激光增益的估算及理论方案设计等提供了基本数据。     

毛细管放电X光激光中的预脉冲研究

 为研究毛细管放电X光激光中预脉冲放电对增益的影响，用简化的XDCH程序，模拟计算了聚乙烯毛细管充Ar气、2μs脉宽的预脉冲放电过程，把预放电之后的等离子体温度、密度和电离度作为初始条件，输入XDCH程序，进行40kA典型主脉冲放电的计算模拟，给出了一些典型预放电幅度下的增益和电子密度分布情况。比较分析的结果发现，对2μs脉宽的预脉冲，100A的电流将得到较好的增益，并且预言激光线时间谱可能出现双峰结构，空间谱会出现环状结构。     

毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益特性研究

建立了计算69.8nm激光增益系数的理论模型,根据实验参数,计算了在主脉冲电流为12 kA时,69.8nm激光增益系数最大值为0.32 cm~(-1).理论模拟了不同初始气压下增益系数在毛细管径向上的分布情况.对理论结果的分析表明,最佳的初始气压在12—14 Pa范围内,此时69.8nm激光增益系数的极值最大.实验上,利用毛细管放电装置和罗兰光谱仪,测量了不同气压下的69.8nm激光强度,实验确定的最佳气压为16 Pa,与理论结果相近.此外,实验测量的增益系数(0.4 cm~(-1))略高于理论计算的增益系数(0.32 cm~(-1)).     

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1020 cm-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。     

类氖锗的X射线激光增益及其传输特性研究

在神光(10¹²W)装置上,用1.06μm激光加热片状锗靶,用袖珍式掠入射光栅谱仪测量了类氖锗离子的3S—3P激光跃迁线的增益系数和X射线激光的传输特性,得到的结果为:波长为19.638,23.224,23.627,24.743和28.643nm的5条激光跃迁线的增益系数分别为3.06,3.99,3.72,2.36和4.59cm^-1;当等离子体长度为18mm时,相应的X射线激光的发散角约为12mrad,发射X射线激光的等离子体厚度约为200μm,X射线激光峰值强 关键词：     

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10²⁰ cm^-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。     

类氖锗等离子体中软X激光饱和增益实验研究

进入“冰窗”波段和获得饱和增益输出是当前实验室研究X激光的目标。考察X激光输出的强度随靶长的变化规律,是判断是否达到饱和增益的重要依据,但必须排除折射等因素造成的假像。为了校正折射等的影响,我们曾经提出并实施了“双靶对接”方案,在功率为10~(12)W的LF-12~#钕玻璃激光装置上,获得了高增益的类氖锗等离子体中软X激光输出。最近,在饱和增益研究实验中,我们发展了双靶对接的概念。设计了“多靶串接”方案,获得了趋于饱和的类氖锗等离子体中软X激光输出。     

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46．9nm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2p^53p^1S0-2p^53s^1P1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。     

基于双程放大的毛细管放电69.8 nm激光增益特性

建立了类氖氩C线69.8 nm激光的双程放大实验后反射腔结构,利用45 cm长毛细管作为放电负载得到了其双程放大输出.在相同初始实验条件下,分别测量了单程放大输出与双程放大输出的激光脉冲光强、脉冲宽度以及激光束散角.通过对比单程与双程输出实验结果,利用双程放大激光光强的计算公式,分析得到了增益持续时间大于4 ns,以及增益在毛细管径向上的分布特点.以上结果为建立谐振腔进行毛细管放电类氖氩激光的多程放大实验奠定了基础.     

毛细管放电X光激光装置中的预脉冲电源

针对目前毛细管放电X 光激光装置产生的预脉冲电流幅值过大、持续时间较短的问题,提出了增加预脉冲开关抑制原有预脉冲,再外加由脉冲成形网络组成的预脉冲发生器,产生所需预脉冲的改造方案。可在主脉冲来临之前产生幅度10~50A,持续时间约17μs的方波预脉冲电流,来满足毛细管放电泵浦类氖氩X光激光实验的需要。     

毛细管放电X光激光装置中的预脉冲电源

 针对目前毛细管放电X 光激光装置产生的预脉冲电流幅值过大、持续时间较短的问题，提出了增加预脉冲开关抑制原有预脉冲，再外加由脉冲成形网络组成的预脉冲发生器，产生所需预脉冲的改造方案。可在主脉冲来临之前产生幅度10~50A，持续时间约17μs的方波预脉冲电流，来满足毛细管放电泵浦类氖氩X光激光实验的需要。     

Parametric study of plasma active medium and gain saturation region in a Ne-like soft X-ray laser

Plasmas created by the interaction of high power optical laser with a target surface can be used as a source of soft X-ray lasers. Plasma and pump laser characteristics play significant role in achieving high gain coefficient for such plasma based on soft X-ray lasers. In the present work, the plasma active medium parameters for germanium element at a wavelength of 19.6 nm irradiated by a double-pulse pump laser have been studied using MED103 hydrodynamic code. For this purpose, first, the effects of laser intensity, pulse width and delay time of two pulses on the gain coefficient have been investigated and the optimum conditions for the maximum gain extent of Ne-like germanium soft X-ray laser are obtained. Then, in order to calculate the intensity of such high gain lasers in which Linford equation is invalid, we have adopted the general formula of amplified spontaneous emission intensity, which is valid in all range of intensities even at much higher intensities than saturation intensity. Finally, the soft X-ray laser intensities in the saturated areas for different plasma lengths have been calculated. The results show that the output of soft X-ray laser intensity with 294 cm⁻¹ gain coefficient can reach to about several times saturated intensity by applying a 1–2 mm plasma length as the active medium.     

毛细管放电激励软x射线激光的产生时间

利用x射线二极管(XRD)，实验上测量了毛细管放电激励下类氖氩469nm软x射线激光的尖 峰信号. 改变毛细管的充气气压和主脉冲放电电流，研究了激光尖峰的产生时间随实验参数 的变化情况. 实验结果表明，激光产生于主脉冲电流波形的前沿，此时的主脉冲电流是其峰 值的65%—75%. 增加毛细管充气气压或者减小主脉冲峰值电流，激光的产生时间将会稍有延 迟. 同时改变毛细管充气气压时，激光尖峰信号在42Pa存在最大值. 关键词： 毛细管放电 软x射线激光 激光产生时间