Автореферат (Генерация жесткого рентгеновского излучения и оптических гармоник при воздействии интенсивного лазерного излучения на модифицированные твердотельные мишени и кластерные пучки), страница 3

Petersburg, Russia; The International Conference on Coherent andNonlinear Optics / The Lasers, Applications and Technologies (ICONO/LAT13), Moscow,18-22 June 2013, Russia; Advanced Laser Technologies (ALT’13), 16-20 September 2013,Budva, Montenegro; Международная конференция «Забабахинские научные чтения»,02–06 июня 2014, Снежинск, Россия.9Личный вклад автораВсе изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты полученыавтором лично, либо при его непосредственном участии.

Автором осуществлялосьпроведение экспериментов, обработка экспериментальных данных, анализрезультатов экспериментов, а также их интерпретация.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, благодарностей исписка цитированной литературы. Работа изложена на 144 страницах, включает52 рисунка, 4 таблицы и список литературы с общим числом ссылок 224.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо Введении обсуждается актуальность темы диссертационной работы,формулируются цели и задачи исследования, защищаемые положения, определяетсянаучная новизна и практическая ценность полученных результатов, а такжеприводится краткое содержание диссертационной работы.Впервойглаведиссертацииприведенобзорлитературыпотемедиссертационной работы.

Первая глава состоит из двух основных логических частей– параграфов.В параграфе 1.1 рассмотрены процессы взаимодействия интенсивного(I~10 -1016 Вт/см2) фемтосекундного лазерного излучения с твердотельнымимишенями в режиме плазмообразования. Описываются механизмы ионизации,поглощения лазерной энергии, а также нелинейные процессы, сопутствующиеобразованию высокотемпературной плазмы - генерации рентгеновского излучения ивторой гармоники лазерного излучения.

Особое внимание уделяется специфике этихпроцессов при периодическом воздействии лазерного излучения в одну область15мишени, когда в результате абляции в мишени формируется микроканал. Приопределенных параметрах в таком микроканале может образовываться наработаннаявзвесь частиц, которые в свою очередь тоже начинают взаимодействовать с лазернымизлучением, оказывая влияние на эффективность энерговклада в мишень.Рассматриваются способы контроля взаимодействия лазерного излучения с мишенью,основанные на анализе рентгеновского сигнала, а также сигнала второй гармоники.Предлагается по модификации спектра второй гармоники определять наличие взвесичастиц внутри канала.10Параграф 1.2 посвящен взаимодействию интенсивного (I~1015-1016 Вт/см2)фемтосекундного лазерного излучения с кластерами - наночастицами, состоящими изатомов или молекул, удерживаемыми ван-дер-ваальсовыми силами.

Освещаетсявопрос характеризации кластеров, образующихся при сверхзвуковом истечении газа ввакуум. Описываются механизмы ионизации, нагрева и расширения кластеров в полеинтенсивных лазерных импульсов; рассматриваются особенности, сопутствующиеобразованию лазерной наноплазмы - генерация рентгеновского излучения,нелинейные эффекты (генерация третьей гармоники лазерного излучения, егофиламентация). Заостряется внимание на различных способах повышенияэффективности генерации рентгеновского излучения - как в плане варьированияпараметров воздействующего лазерного излучения, так и путем измененияпараметров кластеров. Формулируются основные критерии для достижения наиболееэффективного преобразования лазерной энергии в рентгеновские кванты в диапазонеэнергии 2-5 кэВ: предлагается использование крупных кластеров многоатомныхмолекул. Затрагивается вопрос о возможности формировании смешанных кластеров,состоящих из различных атомов/молекул и возможности их диагностики по спектрурентгеновского излучения.Вторая глава диссертации посвящена исследованию выхода рентгеновскогоизлучения, сигнала второй гармоники лазерного излучения и его спектральныхмодификаций, возникающих при формировании микроканала в твердотельноймишени фемтосекундным излучением лазера на хром-форстерите с интенсивностьюI≈1016 Вт/см2.В параграфе 2.1 описывается схема экспериментальной установки дляисследования выхода жесткого рентгеновского излучения, спектров отраженноголазерного излучения и его второй гармоники, сопровождающих процессвзаимодействия интенсивного лазерного излучения с мишенью (как для случаявоздействия на поверхность мишени, так и в режиме формирования в неймикроканала).

В экспериментах использовался фемтосекундный хром-форстеритовыйлазер, интегральный выход рентгеновского излучения измерялся с помощью ФЭУ,снабженного сцинтиллятором NaI, а спектры лазерного излучения и его второйгармоники регистрировались с помощью волоконного спектрометра. Приводятсяспектры характеристического рентгеновского излучения, зарегистрированные спомощью детектора Amptek, при создании канала в различных твердотельныхмишенях (СaF2, KCl, Cu).В параграфе 2.2 обсуждаются результаты экспериментов по выходу жесткогорентгеновского излучения и динамике сигнала второй гармоники при создании11микроканала в мишени (т.е. в зависимости от номера лазерного импульса) идемонстрируется, что оба сигнала немонотонны в зависимости от номеравоздействующего лазерного импульса и имеют экстремум (максимум) (рис.

1).Приводятся значения эффективностей генерации рентгеновского излучения и второйгармоники лазерного излучения для мишени из плавленого кварца, которые возросли,соответственно, с 1∙10−7 до 6∙10−6 и с 5·10−4 до 4·10−3 при формировании канала.1,00,5поверхностьзаглубление 100 мкмзаглубление 200 мкмY, о.е.0,5200400600800репер0,5б)013а)1,00,011 7 19А, о.е.H, о.е.1,01000NРис. 1. Сигнал ВГ (H) (а) и выход рентгеновскогоизлучения (Y) (б) при формировании канала вмишени из плавленого кварца, находящейся ввакууме, в зависимости от номеравоздействующего лазерного импульса приразличном положении вакуумного фокусаизлучения относительно поверхности мишени.0,0580590600610620, нм630640Рис.

2. Спектр ВГ из каналаалюминиевой мишени, находящейся ввакууме. Цифрой указан номер лазерногоимпульса, которому соответствуетспектр. «Репер»- немодифицированныйспектр ВГ.В параграфе 2.3 обсуждаются спектральные особенности второй гармоникилазерного излучения, возникающей при создании микроканала в мишени (рис 2).Приводятся сравнительные данные для сдвига спектра ВГ и основного излучения,зарегистрированные по мере формирования канала в алюминиевой и кварцевоймишенях, находящихся как в вакууме, так и в воздухе. Обсуждается наличиеэкстремума и вид зависимости сдвига частоты второй гармоники от номеравоздействующего лазерного импульса. Оценка электронной плотности плазмы взвесивнутри канала, сделанная на основе величины сдвигов спектра ВГ, оказываетсяпорядка 4·1019 см−3.В параграфе 2.4 приводится изображение пучка второй гармоники излучения,отраженной назад из канала.

Показано, что при воздействии более, чем 60-юлазерными импульсами, изображение начинает размываться. Отсутствие сильногорассеяния излучения, отраженного из канала, говорит о том, что взвесь в каналедостаточно однородна и еѐ плотность меньше критической для длины волны второйгармоники.12Третья глава диссертации посвящена описанию методических экспериментовпо исследованию взаимодействия лазерного излучения с кластерными пучками игенерации характеристического рентгеновского излучения на примере кластероваргона. Это позволило в дальнейшем провести сравнительный анализ с данными,полученными для молекулярных кластеров.В параграфе 3.1 приводитсяэкспериментальная схема, котораявключает в себя систему напуска газа,используемуюдлягенерациикластерныхструй,системусинхронизации лазерного излучения игазокластерного пучка; инструментыдля измерения энергии лазерногоизлучения и его спектра, регистрацииинтегрального выхода рентгеновскогоизлучения и его спектра, полученияизображения свечения филамента вгазокластерной струе и регистрациисигналатретьейгармоники.Обсуждаются методики проведенияэкспериментов, направленных наизучениепроцессовлазерноговзаимодействия с кластерами (см.

рис. 3).Рис. 3. Схема экспериментальной установки поизмерению выхода рентгеновского излучения,его спектра, свечения плазменного филаментаи диагностики кластерного пучка с помощьюпироэлектрического приемника (ПЭП). ОАП оптоакустический приемник, Ве - бериллиевыйфильтр, ПЗС - ПЗС-матрица, ФЭУ фотоэлектронный умножитель ссцинтиллятором NaI, ПК - персональныйкомпьютерПараграф 3.2 посвящен характеризации используемого в данныхэкспериментах излучения лазера на титан-сапфире: обсуждаются условия, прикоторых не возникает фазовая самомодуляция, влияющая на качество пучка при еготранспортировке к камере взаимодействия, описывается корреляционная методикаизмерения длительности лазерного импульса.В параграфе 3.3.

показаны спектры рентгеновского излучения, полученные изкластерной наноплазмы аргона и приводится оценка эффективности генерациихарактеристической рентгеновской линии (E~3 кэВ), которая составила 1 ∙10−7 и1·10−6 для лазерного излучения с «низким» и «высоким» контрастом (Kns≈105,Kps≈2∙102 и Kns≈5·106, Kps≈106 соответственно).В параграфе 3.4 подробно описывается оптимизация положения вакуумногофокуса лазерного излучения относительно оси газокластерной струи, длительности изнака чирпирования лазерного импульса для достижения максимального выхода13рентгеновского излучения из наноплазмы аргоновых кластеров.

Исследуютсяособенности спектра лазерного излучения, прошедшего через кластерную струю иприводится оценка доли поглощенной в ней энергии, сделанная на основемодификации спектра и измеренная прямым способом. Из модификаций спектровследует вывод о том, что наиболее эффективно энергия лазерного излученияпоглощается в области заднего фронта лазерного импульса.Впараграфе3.5приводятсязависимости интенсивности сигнала третьейгармоникилазерногоизлученияотположения вакуумного фокуса лазерногопучкаотносительноосигазокластернойструи.