本文關(guān)鍵詞：等離子體Z箍縮過程與類氖氬軟X射線激光的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：軟 X射線激光,由于其具有的波長短、單色性好、脈沖窄等其他光源不能同時擁有的特點,在諸如高溫高密度等離子體診斷等領(lǐng)域,具有無法替代的應(yīng)用前景。目前,在眾多的小型化軟X射線激光方案當(dāng)中,毛細管放電軟X射線激光具有裝置體積小、搭建運行成本低、單發(fā)能量高、重復(fù)頻率高等特點,是最有希望實現(xiàn)大規(guī)模實驗室應(yīng)用的方案。在理論和實驗兩方面,對毛細管放電軟X射線激光進行深入研究。理論上模擬了毛細管放電等離子體Z箍縮過程。實驗上,在低氣壓成功實現(xiàn)毛細管放電46.9 nm軟X射線激光的基礎(chǔ)上,本論文搭建了一整套,大電流主脈沖毛細管放電軟X射線激光裝置,開展類氖氬軟X射線激光研究。在理論方面,編寫了一維柱對稱磁流體力學(xué)程序,并利用該程序?qū)Σ煌瑑?nèi)徑毛細管中,不同初始氣壓的Z箍縮過程進行了模擬,得出Z箍縮過程中等離子體狀態(tài)的空間分布隨時間的變化。通過模擬獲得了在激光產(chǎn)生時,如電子溫度、電子密度、類氖氬離子密度等狀態(tài)在空間上的分布情況。對內(nèi)徑、初始氣壓對毛細管中的Z箍縮過程的影響進行了分析。對使用內(nèi)徑3.2 mm和4.0 mm毛細管的最佳氣壓條件下,增益系數(shù)之間的差別進行了分析。利用大電流主脈沖毛細管放電裝置,進行毛細管放電軟X射線激光研究。同時,研究預(yù)脈沖過程中的等離子體狀態(tài),以及Ar原子和Ar+離子豐度隨時間的變化。對預(yù)電離等離子體進行診斷,測量了由預(yù)電離等離子體發(fā)出的自發(fā)輻射強度隨時間的變化,以及時間積分光譜,研究不同預(yù)脈沖條件對軟X射線激光的影響。利用內(nèi)徑為3.2 mm和4.0 mm的陶瓷毛細管,在主脈沖電流幅值為26 k A的條件下,研究了氣壓和預(yù)主脈沖延時對毛細管放電泵浦類氖氬6.9 nm軟X射線激光實驗的影響并獲得了最佳實驗參數(shù)。使用內(nèi)徑4.0 mm和3.2 mm陶瓷毛細管時,在最佳條件下測得46.9 nm激光的增益系數(shù)分別為0.86 cm-1和1.3 cm-1,實現(xiàn)了46.9 nm激光的深度增益飽和。深入研究了毛細管放電46.9 nm激光的脈沖持續(xù)時間和激光光強分布。首先,在激光脈沖寬度方面,分別利用內(nèi)徑3.2 mm和4.0 mm毛細管,在最佳初始氣壓條件下,測量了激光脈沖寬度隨增益介質(zhì)長度的變化。同時,模擬了激光脈沖寬度隨增益介質(zhì)長度的變化,解釋了激光脈沖寬度的演化機理。測量了不同初始氣壓條件下的激光脈沖寬度。結(jié)合等離子體Z箍縮過程的理論研究結(jié)果,對不同氣壓條件下的激光脈寬演化過程進行了分析。利用軟X射線平場譜儀,對內(nèi)徑3.2 mm和4.0 mm毛細管中,不同初始氣壓條件下獲得的激光光強分布進行測量,計算最佳條件下的激光束散角,并對實驗結(jié)果進行分析。針對實現(xiàn)毛細管放電類氖氬69.8 nm C線和72.6 nm E線的激光輸出開展了研究。首先,通過降低主脈沖電流幅值和降低初始Ar氣氣壓,獲得了較高的電子溫度和較低的電子密度的Z箍縮等離子體,該等離子體狀態(tài)有利于69.8 nm和72.6 nm激光輸出。實驗中,在主脈沖電流幅值12 k A和初始氣壓14 Pa的條件下,實現(xiàn)了69.8 nm和72.6 nm激光輸出,其中69.8 nm激光增益系數(shù)達到0.34 cm-1,增益長度積達到11。同時利用MHD程序?qū)Ξa(chǎn)生69.8 nm激光時的等離子體狀態(tài)進行了模擬,對產(chǎn)生69.8 nm激光的等離子體狀態(tài)進行了分析。本文對毛細管放電過程中的等離子體Z箍縮過程,以及其對類氖氬軟X射線激光的影響進行了細致的研究,所得的理論和實驗結(jié)果,對毛細管放電軟X射線激光的發(fā)展具有的一定的推動作用。
【關(guān)鍵詞】：Z箍縮 毛細管放電 軟X射線激光 磁流體 增益飽和
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O434.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-35
• 1.1 研究的目的及意義14-16
• 1.2 國內(nèi)外研究進展及分析16-34
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀16-29
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀29-30
• 1.2.3 國內(nèi)外文獻綜述的簡析30-34
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容34-35
• 第2章 毛細管放電等離子體Z箍縮的理論研究35-65
• 2.1 毛細管放電Z箍縮效應(yīng)35-36
• 2.2 等離子體Z箍縮的理論模型36-44
• 2.2.1 一維兩溫磁流體力學(xué)模型38-42
• 2.2.2 Z箍縮等離子體電離模型42-44
• 2.3 等離子體Z箍縮過程理論模擬44-51
• 2.3.1 內(nèi)徑 3.2 mm毛細管內(nèi)等離子體Z箍縮過程44-47
• 2.3.2 內(nèi)徑 4.0 mm毛細管內(nèi)等離子體Z箍縮過程47-51
• 2.4 產(chǎn)生激光時刻等離子體狀態(tài)空間分布模擬51-63
• 2.4.1 內(nèi)徑 3.2 mm毛細管等離子體狀態(tài)分析52-57
• 2.4.2 內(nèi)徑 4.0 mm毛細管等離子體狀態(tài)分析57-61
• 2.4.3 毛細管內(nèi)徑對 46.9 nm激光增益的影響分析61-63
• 2.5 本章小結(jié)63-65
• 第3章 大電流Z箍縮產(chǎn)生類氖氬 46.9 nm激光研究65-110
• 3.1 引言65
• 3.2 大電流主脈沖毛細管放電實驗裝置65-85
• 3.2.1 主脈沖電源66-69
• 3.2.2 放電室69-70
• 3.2.3 連接套筒70-71
• 3.2.4 預(yù)主脈沖隔離電感71-74
• 3.2.5 可移動放電電極74-77
• 3.2.6 真空系統(tǒng)77-78
• 3.2.7 預(yù)脈沖電源系統(tǒng)78-80
• 3.2.8 延時電路80-82
• 3.2.9 軟X射線探測系統(tǒng)82-85
• 3.3 毛細管放電預(yù)電離等離子體狀態(tài)研究85-89
• 3.3.1 引言85-86
• 3.3.2 預(yù)電離等離子體診斷實驗裝置86-87
• 3.3.3 預(yù)電離等離子體診斷實驗87-89
• 3.4 內(nèi)徑 3.2 mm毛細管的 46.9 nm激光實驗研究89-99
• 3.4.1 毛細管內(nèi)初始氣壓對 46.9 nm激光影響研究92-93
• 3.4.2 預(yù)脈沖電流條件對 46.9 nm激光的影響研究93-96
• 3.4.3 46.9 nm激光增益測量實驗96-99
• 3.5 內(nèi)徑 4.0 mm毛細管的 46.9 nm激光實驗研究99-108
• 3.5.1 毛細管內(nèi)初始氣壓對 46.9 nm激光影響研究102-104
• 3.5.2 預(yù)脈沖電流條件對 46.9 nm激光的影響104-105
• 3.5.3 46.9 nm激光增益測量實驗105-108
• 3.5.4 毛細管內(nèi)徑對 46.9 nm激光影響的分析108
• 3.6 本章小結(jié)108-110
• 第4章 46.9 nm激光的脈寬和光斑光強分布的實驗研究110-129
• 4.1 引言110
• 4.2 46.9 nm激光的脈寬的實驗研究110-118
• 4.2.1 等離子體柱長度對 46.9 nm激光脈寬的影響111-115
• 4.2.2 初始氣壓對 46.9 nm激光脈寬的影響115-118
• 4.3 46.9 nm激光光強分布實驗研究118-128
• 4.3.1 實驗裝置118-120
• 4.3.2 軟X射線平場譜儀標定120-123
• 4.3.3 46.9 nm激光光強空間分布的實驗研究123-128
• 4.4 本章小結(jié)128-129
• 第5章 小電流Z箍縮產(chǎn)生 69.8nm軟X射線激光研究129-147
• 5.1 引言129-131
• 5.2 小電流毛細管放電軟X射線激光激光實驗裝置131-136
• 5.3 毛細管放電類氖氬 3p-3s能級 69.8 nm激光實驗136-142
• 5.4 小電流下等離子體Z箍縮的理論模擬142-146
• 5.5 本章小結(jié)146-147
• 結(jié)論147-149
• 參考文獻149-159
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果159-162
• 致謝162-163
• 個人簡歷163

【參考文獻】

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1 劉正坤;邱克強;陳火耀;劉穎;徐向東;付紹軍;王琛;安紅海;方智恒;;軟X射線雙頻光柵剪切干涉法研究[J];物理學(xué)報;2013年07期

  本文關(guān)鍵詞：等離子體Z箍縮過程與類氖氬軟X射線激光的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：409130