毛细管放电类氖氩72.6 nm激光的最佳条件研究

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毛细管放电等离子体激光器作为X射线激光器具有输出稳定、电光转换效率高、结构简单、造价低等优点,被广泛应用于材料表面研究、X射线显微技术等领域。目前,在国际上以类氖氩等离子体作为增益介质的毛细管放电X射线激光器已经被深入研究,该激光器能够实现多波长激光输出,最短波长激光输出达到46.9nm。但是,针对类氖氩72.6 nm激光的研究才刚刚起步,无论从理论层面还是实验层面对该波长激光的研究较少。为了丰富类氖氩72.6 nm激光的研究,分析不同实验条件对激光输出的影响,找到激光输出的最佳实验条件,本文分别从理论和实验对类氖氩72.6 nm激光进行了研究。理论方面,对激光的增益特性了进行了计算。实验方面,利用高幅值主脉冲电流对不同实验条件下72.6 nm激光的输出变化进行了研究。首先,对类氖氩72.6 nm激光的相对增益系数进行了计算。通过Cowan程序得到了类氖氩离子能级参数,在能级参数的基础上建立了电子碰撞激发模型,并结合准稳态条件下的激光能级速率方程,对激光上下能级的粒子数布居进行了求解。利用计算结果研究了电子密度和电子温度对相对增益系数的影响。其次,对毛细管放电类氖氩等离子体过程进行了模拟,结合相对增益系数记得计算方法,对72.6 nm激光增益系数进行了计算。利用一维磁流体力学程序模拟了改变主脉冲电流幅值和初始氩气气压后Z箍缩过程中的电子密度、电子温度、类氖氩丰度等等离子体参数的变化。将模拟结果与增益系数的计算方法融合,能够直接反映出主脉冲电流幅值与初始气压对激光增益系数的影响。再次,通过实验研究了主脉冲电流幅值与初始气压对72.6 nm激光强度影响。实验中的陶瓷毛细管长35 cm、内径3.2 mm,利用罗兰圆谱仪进行分光,使用了幅值在15.3-21.0 k A之间的高幅值主脉冲电流。实验结果表明在19.5 k A主脉冲电流幅值、16 Pa初始气压条件下72.6 nm激光强度最高。最后,将毛细管长度增加至45 cm,内径仍为3.2 mm,实现了更高强度的72.6nm激光输出。实验先后研究了改变主脉冲电流幅值、初始气压、预主脉冲延时、预脉冲电流幅值对激光强度的影响,得出了最佳实验条件为主脉冲电幅值为17.5k A、初始气压16 Pa、预脉冲幅值为18.4 A、延时20μs。
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