Диссертация (1102719)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТКАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ И ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВНа правах рукописиЖВАНИЯ ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНАГЕНЕРАЦИЯ ЖЕСТКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОПТИЧЕСКИХГАРМОНИК ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯНА МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ МИШЕНИ И КЛАСТЕРНЫЕПУЧКИСпециальность 01.04.21 – лазерная физикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор ГОРДИЕНКО В.М.МОСКВА – 20142ОглавлениеВведение ________________________________________________________________________ 4Глава 1.
Взаимодействие интенсивного (I>1015 Вт/см2) фемтосекундного лазерногоизлучения с твердотельными и кластерными мишенями ____________________________ 14§1.1 Взаимодействие интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с твердотельнымимишенями ___________________________________________________________________________ 141.1.1 Генерация плазмы при воздействии на поверхность твердотельных мишеней интенсивнымфемтосекундным лазерным излучением _________________________________________________________ 141.1.2 Нелинейно-оптическое взаимодействие фемтосекундного интенсивного лазерного излучения ствердотельными мишенями: генерация рентгеновского излучения и второй гармоники _________________ 161.1.3 Абляция и возникновение глубоких микроканалов в режиме импульсно-периодического лазерноговоздействия на мишень _______________________________________________________________________ 201.1.4 Генерация наночастиц и микрочастиц при лазерной абляции в одно- и многоимпульсном режимах ___ 22§1.2 Взаимодействие интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с кластерами _________ 261.2.1 Генерация и диагностика кластерного пучка при адиабатическом расширении газа через сопло _____ 261.2.2 Взаимодействие интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с кластерами ______________ 301.2.3 Методы повышения выхода жесткого рентгеновского излучения из кластерной плазмы ___________ 42Выводы______________________________________________________________________________ 45Глава 2.
Генерация жесткого рентгеновского излучения и второй гармоники в плазме,образующейся при формировании микроканалов в твердотельных мишеняхпоследовательностью интенсивных (I~1015−1016 Вт/см2) фемтосекундных лазерныхимпульсов ______________________________________________________________________ 47§2.1 Схема экспериментальной установки для исследования рентгеновского излучения и второйгармоники, генерируемых на поверхности и в микроканале мишени ___________________________ 47§2.2 Динамика сигнала второй гармоники лазерного излучения и выхода жесткого рентгеновскогоизлучения при формировании микроканала в мишени _______________________________________ 52§2.3 Спектральные особенности второй гармоники, отраженной от поверхности мишени _________ 56§2.4 Спектральные особенности второй гармоники, отраженной из микроканала в мишени _______ 60§2.5 Изображение пучка второй гармоники, отраженной назад из микроканала в мишени _________ 65Выводы______________________________________________________________________________ 67Глава 3.
Возбуждение кластеров аргона фемтосекундным лазерным излучениеминтенсивностью I≈1016 Вт/см2 (энергия в импульсе E≈5 мДж) ________________________ 69§3.1 Схема генерации газокластерного пучка и экспериментальной установки для изучения лазернокластерного взаимодействия ____________________________________________________________ 69§3.2 Характеризация лазерного излучения, используемого в экспериментах: ограничение по энергии иизмерение длительности чирпированных импульсов ________________________________________ 74§3.3 Генерация жесткого характеристического рентгеновского излучения при лазерном возбуждениикластеров аргона ______________________________________________________________________ 78§3.4 Оптимизация управляющих параметров при регистрации рентгеновского излучения _________ 82Выход рентгеновского излучения в зависимости от длительности и знака чирпа лазерного импульса _____ 833Выход рентгеновского излучения в зависимости от положения вакуумного фокуса лазерного пучкаотносительно оси газокластерной струи и поглощение лазерного излучения __________________________ 84Модификация спектра лазерного излучения после взаимодействия с газокластерной струей ____________ 86§3.5 Генерация третьей гармоники лазерного излучения.
Изображения плазменного филамента ___ 88Выводы______________________________________________________________________________ 93Глава 4. Увеличение выхода рентгеновского излучения при воздействии фемтосекундноголазерного излучения (E≈5 мДж, I≈1016 Вт/см2) на кластеры многоатомных молекул.Детектирование смешанных кластеров и получение двухэнергетичекого источникарентгеновского излучения ________________________________________________________ 95§4.1 Выбор используемых смесей. Детектирование кластеризации с помощьюпироприэлектрического приемника и методом рэлеевского рассеяния _________________________ 95§4.2 Генерация характеристического рентгеновского излучения при лазерном возбуждении кластеровмногоатомных молекул (SF6, CF3I и CF2Cl2) образующихся в присутствии газа-носителя (Ar, He) __ 99§4.3 Оптимизация управляющих параметров при регистрации рентгеновского излучения.Модификация спектра лазерного излучения после взаимодействия с газокластерной струей______ 104§4.4 Зависимость выхода рентгеновского излучения от давления газа и интенсивности лазерногоизлучения ___________________________________________________________________________ 106§4.5 Генерация третьей гармоники и изображение плазменного филамента ____________________ 108§4.6 Формирование смешанных кластеров (CF2Cl2/Ar) в смеси молекулярного газа с газом-носителемAr и в трехкомпонентной смеси (CF2Cl2-Ar-He) ___________________________________________ 112Выводы_____________________________________________________________________________ 118Заключение ____________________________________________________________________ 121Список публикаций по теме диссертации _________________________________________ 124Благодарности _________________________________________________________________ 127Литература ____________________________________________________________________ 1284ВведениеАктуальность темыПоявление фемтосекундных лазерных систем открыло новые уникальные возможностидля проведения фундаментальных исследований в различных областях физики, химии ибиологии [1].
Накопленный к настоящему времени в многочисленных коллективах опыт работыс такими системами положил начало развитию перспективных прикладных направленийфемтотехнологии: микрообработки материалов, прецизионной микрохирургии, биомедицине идр. [2, 3].С помощью импульсов фемтосекундной длительности (~100 фс) стало возможнымполучение сверхсильных световых полей в лабораторных условиях уже при миллиджоульныхуровнях энергии и изучение экстремальных, сильно неравновесных состояний вещества. Привоздействии фемтосекундного лазерного излучения с интенсивностью порядка 10 16 Вт/см2 намишень,образуетсявысокотемпературнаяплазма,котораяявляетсяисточникомвысокоэнергетических заряженных частиц и сверхкоротких рентгеновских импульсов сэнергиями квантов до десятка кэВ, эффективность генерации которых достигает величиныпорядка ~10−6.
Взаимодействие лазерного излучения с этой плазмой сопровождается такжепроцессом генерации второй гармоники лазерного излучения (ГВГ) с эффективностьюдостигающей 10−4. Рентгеновское излучение из фемтосекундной лазерной плазмы может бытьиспользовано в рентгеноструктурном анализе с высоким временным разрешением для изучениядинамики сверхбыстрых фазовых переходов и контроля состояния кристаллической решетки[4]. Кроме этого, оно наряду со второй гармоникой (ВГ) может являться инструментомдиагностики параметров самой лазерной плазмы и энерговклада излучения в мишень [5, 6].При импульсно-периодическом высокоинтенсивном лазерном воздействии в одну и туже точку мишени, в результате процесса лазерной абляции, происходит вынос массы веществамишени и образуется микроканал.
При этом в процессе формировании канала, физическаякартина сопутствующих процессов резко усложняется по сравнению с ситуацией, когдалазерное излучение падает на гладкую поверхность мишени. Концентрация лазерногоизлучения в канале и возможное увеличение локального поля на неровностях дна ведут квозрастанию поглощения энергии импульса, и, соответственно, к повышению температурыплазмы внутри канала и росту эффективности генерации рентгеновского излучения. С другойстороны, внутри канала может нарабатываться взвесь - «облако», содержащее нано- имикрочастицы мишени (кластеры) [7]. Взаимодействие лазерного излучения с таким облаком в5режимеплазмообразованиябудетприводитькразвитиюпроцессасамовоздействия(самодефокусировка, фазовая самомодуляция и др.), частичной экранировке и проблемамдоставки энергии излучения на дно канала и, как следствие, изменению формы канала.Способом мониторинга наличия такой взвеси в режиме реального времени, может являтьсяанализ модификаций спектра лазерного излучения (или его второй гармоники), испытавшего вней самовоздействие.
Появление электронной компоненты в результате ионизации частицвзвеси будет приводить к сдвигу спектра лазерного излучения в коротковолновую область.Кроме этого, модификация спектра лазерного излучения и его второй гармоники можетвозникать и в силу других физических механизмов, таких как, например, отражение излученияот расширяющегося придонного плазменного слоя (эффект Доплера) или в результатевзаимодействияизлучениясионно-акустическимиволнамивплазме.Регистрацияспектральных модификаций наряду с выходом рентгеновского излучения и сигналом второйгармоники излучения могут обеспечить комплексный подход к контролю взаимодействиялазерного излучения с мишенью в режиме образования канала и выявлению причин, влияющихна эффективность этих процессов.
Изучение особенностей, возникающих при формированиимикроканалов фемтосекундным лазерным излучением высокой интенсивности (порядка1015 Вт/см2 и более) является важным, например, для задач обработки высокопрочныхматериалов (получение «охлаждающих» отверстий в компонентах газотурбинных установок,элементного анализа).Другой круг задач, вызывающий в настоящее время большой научный интерес, связан сисследованиями нелинейных процессов, возникающих при воздействии интенсивногофемтосекундного лазерного излучения на нанокластеры атомов или молекул.Широко известен и исследован ставший уже классическим способ созданиянанокластеров, основанный на конденсации газа при его сверхзвуковом расширении черезимпульсное сопло в вакуум [8].
Обычно, в качестве такого газа выбираются инертные газы –Ar, Kr, Xe.Образованные таким образом кластеры являются уникальным физическимобъектом в том числе и с точки зрения создания источника рентгеновского излучения привоздействии на них высокоинтенсивного (I>1015 Вт/см2) фемтосекундного лазерного излучения[9].
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
