毛細(xì)管放電泵浦類鈀氙軟X射線光譜研究.pdf

1、毛細(xì)管放電泵浦的軟X射線激光方案作為最有可能實(shí)現(xiàn)X射線激光小型化的方案之一,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了類氖氬46.9nm軟X射線激光深度增益飽和輸出。然而,該方案至今未能實(shí)現(xiàn)比46.9nm波長(zhǎng)更短的激光輸出。而國(guó)際上已經(jīng)采用飛秒激光泵浦的光場(chǎng)感生電離(OFI)方案實(shí)現(xiàn)了類鈀氙41.8nm激光輸出。本文對(duì)采用毛細(xì)管放電泵浦方案實(shí)現(xiàn)類鈀氙41.8nm激光輸出進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的探索。
　　理論上,首先闡述了采用毛細(xì)管放電方案實(shí)現(xiàn)類鈀氙41.8nm激光輸

2、出的物理機(jī)制,包括Z箍縮效應(yīng)、離子的電子碰撞激發(fā)和亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的單極激發(fā)。然后采用Cowan物理程序計(jì)算了類鈀氙4d95d1S0—4d95p1P141.8nm激光躍遷相關(guān)的能級(jí)參數(shù),并畫出了激光躍遷的部分能級(jí)圖。發(fā)現(xiàn)激光下能級(jí)到基態(tài)的16.47nm躍遷輻射衰變速率很大。最后利用局部熱力學(xué)平衡的SAHA方程計(jì)算了各價(jià)Xe離子豐度及電子密度隨電子溫度的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生類鈀氙離子的最佳電子溫度較低。
　　實(shí)驗(yàn)上,在實(shí)驗(yàn)室建造的毛細(xì)管放電

3、裝置上,首先利用X射線二極管測(cè)量了Xe等離子體輻射的時(shí)間特性。在主脈沖電流幅值15kA、上升沿30ns左右的放電條件下,測(cè)量了8Pa～62Pa氣壓范圍內(nèi)輻射的時(shí)間特性曲線。在8Pa～14Pa范圍內(nèi)得到了輻射的小尖峰,總結(jié)了該尖峰隨氣壓的變化規(guī)律。在相同的放電條件下,利用X射線光譜儀測(cè)量了8Pa～40Pa、10nm～70nm范圍內(nèi)的Xe等離子體輻射光譜,并對(duì)譜線進(jìn)行了識(shí)別。10nm～20nm的譜線強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他波長(zhǎng)范圍譜線強(qiáng)度,譜線主要來(lái)

4、自Xe8+、Xe9+和Xe10+。類鈀氙41.8nm激光下能級(jí)到基態(tài)的16.47nm譜線強(qiáng)度較強(qiáng),和理論計(jì)算吻合。說(shuō)明箍縮產(chǎn)生了一定豐度的類鈀氙離子,且通過(guò)電子碰撞能將部分基態(tài)類鈀氙離子激發(fā)到激光下能級(jí)。在初始?xì)鈮?7.3Pa,主脈沖電流15kA時(shí)觀察到了類鈀氙41.8nm躍遷譜線,但沒(méi)有獲得激光輸出。分析表明電子能量不夠高,不足以將大量的類鈀氙離子從基態(tài)泵浦到激光上能級(jí)。
　　為了探索毛細(xì)管放電實(shí)現(xiàn)類鈀氙41.8nm激光的可能性