Отзыв ведущей организации (Моделирование и оптимизация лазерно-плазменных источников корпускулярного и электромагнитного излучения)

УТВЕРЖДАЮ Директор Федерального государственного ,бмЩМфчного учреждения науки , ', ' ',,;, Ижтитут спектроскопии ,.г .:::;,„Российсксй академии наук член ' рйеспондент РАН 5;.А. Виноградов ОТЗЫВ ведущей организации о диссертационной работе Жвания Ирины Александровны "Генерация жесткого рентгеновского излучения и оптических гармоник при воздействии интенсивного лазерного излучения на модифицированные твердотельные мишени и кластерные пучки", представленной на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01,04.21 — лазерная физика. Диссертационная работа И.А.

Жвания посвящена весьма актуальной проблеме- экспериментальному исследованию процессов генерации жесткого рентгеновского излучения и оптических гармоник при воздействии интенсивного лазерного излучения на модифицированные твердотельные мишени и кластерные пучки. В работе представлены результаты исследований, выполненных автором в течение последних примерно 8 лет. Актуальность проведенных автором исследований обусловлена тем, что процессы взаимодействия интенсивных (>10"-10'~ Вт/см ) лазерных импульсов фемтосекундной (-100 фс) длительности с веществом широко используются в настоящее время во многих областях исследований и практических приложений. Взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов с веществом используется для исследования процессов абляцин вещества и получения микро- и наночаспщ и наноструктур„формирования плазмы, изучения нелинейно-оптических процессов, генерации высоких оптических гармоник и терагерцового излучения, получения рентгеновского излучения, высокоэнергетических ионов и электронов, нейтронов, инициирования ядерных реакций, исследования процессов возбуждения и фрагментации кластеров и изучения внутрикластерных реакций.

Диссертация И,А. Жвания состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций по теме диссертации, благодарностей и списка литературы. Объем диссертации составляет 144 страницы, включая список литературы, 52 рисунка и 4 таблицы. Список публикаций по теме диссертации составляет 22 наименования, включая 6 статей в журналах и 1б тезисов в трудах конференций. Список цитированной 1 литературы содержит 224 наименования.

Во введении кратко рассматриваются возможности и направления для исследования широкого круга процессов, имеющих место при взаимодействии интенсивного (>10~~ Вт/см) лазерного излучения с веществом, которые открылись с появлением фемтосекундных лазерных систем.

Обосновывается актуальность темы, формулируются целы и задачи диссертационной работы, обсуждаются ее новизна, научная и практическая значимость, защищаемые положения, апробация работы и публикации, личный вклад автора, кратко излагается структура диссертации. В первой главе дан обзор литературы по теме диссертации и описываются процессы, имеющие место при взаимодействии интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с твердотельными и кластерными мишенями: ионизация и нагрев мишени, образование высокотемпературной плазмы, генерация рентгеновского излучения и гармоник излучения, а в случае кластерной среды — и самофокусировка излучения в ней.

Для случая твердотельной мишени рассматриваются возможные модификации спектра второй гармоники, а также особенности, возникающие при формировании микроканала в мишени. В разделе, посвященном кластерным мишеням, описываются способы генерации и детектирования кластеров, а также рассматривается вопрос возникновения смешанных (двухкомпонентных) кластеров, их детектирования по спектру рентгеновского излучения и рассматривается возможность создания двухэнергетического источника рентгеновского излучения. Вторая глава посвящена исследованию взаимодействия интенсивного 1-10 !6 Вт/ем~) фемтосекундного лазерного излучения с твердотельными мишенями в режиме формирования в них микроканала.

Показано, что прн формировании микроканала энерговклад лазерного излучения в мишень увеличивается, в связи с тем, что выход рентгеновского излучения и амплитуда второй гармоники лазерного излучения, сгенерированные в канале немонотонны и достигают максимума. Обсуждаются спектральные модификации второй гармоники излучения, сгенерированной на поверхности и в канале мишени (алюминий, кварц), находящейся как в вакууме, так и в воздухе. Установлено, что при формировании канала, спектр второй гармоники сильно сдвигается в голубую область 1сдвиг достигает в среднем 25 нм).

По величине сдвига делается оценка электронной плотности взвеси внутри канала, которая может приводить к таким спектральным модификациям. В третьей главе описываются результаты исследований процессов взаимодействия лазерного излучения с кластерами аргона. Приводятся экспериментальные схемы, которые использовались для получения кластеров и изучения процессов, сопутствующих взаимодействию с ними интенсивного (10'~ Вт/ем~) лазерного излучения с энергией в 2 импульсе 5мДж. Показаны результаты методических экспериментов с кластерами аргона (в следующей главе эти данные используются для сравнения с результатами, полученными для молекулярных кластеров).

К ним относятся спектр характеристического рентгеновского излучения, оценка выхода рентгеновских фотонов и эффективности их генерации; освещаются вопросы оптимизации параметров для достижения максимальной эффективности генерации характеристической линии (оптимизация длительности, знака чирпирования лазерного импульса, положения перетяжки излучения относительно оси газокластерной струи). Обсуждаются такие сопутствующие процессы как генерация третьей гармоники лазерного излучения в газокластерной струе и самофокусировка лазерного излучения. В четвертой главе представлены результаты исследований процессов генерации рентгеновского излучения и гармоник излучения при взаимодействии интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов с кластерами многоатомных молекул.

Глава состоит из двух основных частей. В первой части предложено использовать крупные кластеры многоатомных молекул для того, чтобы получить эффективный источник яркого рентгеновского излучения. В качестве объекта исследования были выбраны кластеры молекул БЕ~, СР2С1з, Сгз1, которые образуются в смеси с буферным газом Аг/Не. Показано, что сигнал рэлеевского рассеяния излучения от молекулярных кластеров, образованных в смесях с буферным газом, превышает сигнал, полученный при сходных условиях для кластеров аргона. Установлено, что при использовании молекулярных кластеров, эффективность генерации характеристического рентгеновского излучения (энергия квантов 3-5 кэВ) на порядок превышает эффективность, полученную при сходных экспериментальных условиях с кластерами аргона, и она составляет порядка 10 '.

Проведена оптимизация выхода рензтеновского излучения из молекулярных кластеров и показано, что для молекулярных кластеров оптимальные значения параметров излучения и изображения филаментов в струе совпадают с таковыми, зарегистрированными для кластеров аргона. Продемонстрировано, что сигнал третьей гармоники из газокластерной струи может использоваться для детектирования образования высокотемпературной плазмы: сигнал третьей гармоники падает, когда выход рентгеновского излучения максимален.

Во второй части четвертой главы приведены результаты исследований со смешанными кластерами, состоящими из молекул (СРзС12) и атомов (буферного газа аргона). Установлено, что при использовании смеси СР2С!з-Аг с концентрацией 1:32 в рентгеновском спектре, наряду с характеристической линией хлора, появляется линия аргона, что указывает на образование смешанных кластеров. Более того, обнаружено, что добавление в эту смесь третьего компонента — газа гелия позволяет управлять относительной интенсивностью характеристических рентгеновских линий аргона и хлора, Характеризуя диссертацию в целом, следует еще раз сказать об ее актуальности, отмеченной в начале отзыва, и научной новизне, связанной с систематическим исследованием влияния параметров лазерного излучения и параметров используемых мишеней (твердотельной и кластерной), а также экспериментальных условий на процессы генерации рентгеновского излучения и второй и третьей гармоник излучения накачки. Следует особо отметить результаты исследований со смешанными кластерами и демонстрацию возможности создания на их основе двухэнергетического источника рентгеновского излучения.

Автором выполнена большая работа, проведено много экспериментальных исследований, получен целый ряд интересных и важных результатов и тем самым сделан значительный вклад в изучаемую область исследований. Основные научные результаты, полученные автором и содержащиеся в главах 2, 3 и 4 диссертации, позволяют лучше понять процессы, происходящие при взаимодействии интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов с твердотельными и кластерными мишенями.

Выполненные исследования, несомненно, имеют и практическую ценность. Результаты исследований по генерации ренттеновского излучения и гармоник излучения накачки могут быть использованы при разработке и создании источников рентгеновского излучения и лазерных источников. Результаты исследований особенностей, возникающих при формировании микроканалов в мишенях, могут быть полезны при решении задач обработки высокопрочных материалов. Достоверность полученных в диссертации результатов не вызывает сомнений. Она обосновывается тем, что изложенные в диссертации исследования проводились на уникальной экспериментальной установке с использованием самых передовых методов и современной экспериментальной техники в лаборатории, характеризующейся высоким уровнем научной работы, а также выполнением автором большого числа контрольных экспериментов и сравнением полученных результатов между собой и с имеющимися экспериментальными данными.