Диагностика ионного тока горячей плотной плазмы, сформированной фемтосекундным лазерным импульсом - роль примесного слоя, страница 2

Разработанная методика очистки мишени в дальнейшем может быть использована для эффективного удаления с поверхности мишени как углеводородного, так и оксидного примесных слоев;3. Результаты, полученные в рамках настоящей диссертационной работы, позволяют утверждать о возможности управления параметрами ионных пучковиз фемтосекундной лазерной плазмы посредством применения предварительной импульсной лазерной очистки мишени, а также посредством варьирования параметров этой очистки.

Кроме того, существует возможностьуправления параметрами ионных токов из расширяющегося плазменногооблака путем изменения величины энергетического контраста фемтосекундного лазерного импульса;4. Обнаруженные в горячей фемтосекундной лазерной плазме высокоэнергетические отрицательные ионы примесных элементов позволяют говорить офемтосекундной лазерной плазме как о возможном интенсивном источникеотрицательных ионов с энергиями не менее 34 кэВ и величиной общеговыхода на уровне 0.1-1.0% за один лазерный выстрел при интенсивностисветового поля на уровне 1016 Вт/см2.Защищаемые положения1.

Созданная на основе электростатического масс-спектрометра диагностическая установка обеспечивает измерение энергетических, зарядовых, а такжемассовых спектров заряженных частиц из плазмы в диапазоне энергий, отнесенных на единицу заряда, от 100 эВ до 47 кэВ при разрешающей способности rE = 12;2. Формирование тока быстрых ионов из плазмы, образуемой на поверхноститвердотельной мишени в условиях вакуума на уровне 10-5 Торр приоблучении фемтосекундным лазерным импульсом с интенсивностью порядка 1016 В/см2, определяется наличием поверхностного примесного слоя.Наибольшую энергию на единицу заряда получают легкие примесные ионы,7в то время как ионы основного материала мишени набирают существенноменьшие скорости;3.

Предварительная импульсная лазерная очистка поверхности обеспечиваетформирование ионного пучка, преимущественно состоящего из ионов основного материала мишени со средней энергией быстрых ионов, соответствующей энергии горячих электронов, и позволяет управлять параметрами сформированного ионного пучка: его энергетическим и зарядовым спектром;4. Взаимодействие ионного пучка из плазмы, формируемой сверхинтенсивнымлазерным импульсом, с молекулами остаточного газа при давлении ввакуумной камере на уровне 10-5 Торр, приводит к формированию высокоэнергетических отрицательных ионов на основе атомов, имеющих энергиюсродства к электрону свыше 0.1 эВ.

При этом энергетический спектр отрицательных ионов с высокой точностью совпадает с энергетическим спектромоднократно заряженных положительных ионов. Существенное число отрицательных высокоэнергетических легких ионов, регистрируемых в эксперименте, обусловлено наличием примесного слоя на поверхности твердотельной мишени.Апробация работы и публикацииПо теме диссертационной работы опубликовано 9 статей в отечественныхи зарубежных научных журналах.

Среди них: 2 статьи в журнале “AppliedPhysics B” [1, 2], также по 2 работы в журналах “Письма в ЖЭТФ” [3, 4] и“Квантовая Электроника” [5, 6]. По одной публикации вышло в журналах “Plasma Physics and Controlled Fusion” [7], “Laser Physics” [8], а также “ЖЭТФ” [9].Общее число публикаций с учетом статей в сборниках и трудах конференций, а также тезисов докладов составляет 42 штуки. В их числе 6 статей в“SPIE Proceedings” опубликованных по результатам докладов на международных конференциях по лазерной и нелинейной оптике [10, 11, 12, 13, 14, 15].Основные результаты исследований, представленных в диссертации,также докладывались автором на ряде научных конференций: 2-ая межд.

конф.молодых ученых и специалистов “Оптика-2001” (Санкт-Петербург, Россия,2001); Межд. конф. по квантовой электронике “IQEC-2002” (Москва, Россия,2002); 2-ая научная молодежная школа “Оптика-2002” (Санкт-Петербург, Россия, 2002); 11-ая конф. по лазерной оптике “LO-2003” (Санкт-Петербург, Россия,2003). Два устных доклада было сделано в рамках межд. конф. по нелинейнойоптике “ICONO-LAT-2005” (Санкт-Петербург, Россия, 2005). Также диссертантявляется соавтором докладов, представленных на научных конф.: 17-ая конф.

покогерентной и нелинейной оптике “ICONO-2001” (Минск, Беларусь, 2001); 3-ийитало-российский симпозиум по проблемам физики мощных сверхкороткихлазерных импульсов (Палермо, Италия, 2004), 10-й, 11-ый и 12-ый межд. Симпозиумы по лазерной физике “Laser Physics” (Москва, Россия, 2001; Братислава,8Словакия, 2002; Гамбург, Германия, 2003), 5-ый итало-российский симпозиум попроблемам лазерной физики и технологий (Москва, Россия, 2003); межд. конф.ALT-02 (Адельбаден, Швейцария, 2002); 1-ый и 2-ой межд. симпозиумы по актуальным проблемам нелинейной волновой физики “NWP” (Нижний Новгород –Санкт-Петербург, Россия, 2003 и 2005); 2-ая межд. конф. по современным вопросам нелинейной физики “FNP-2004” (Нижний Новгород – Санкт-Петербург,Россия, 2004); 3-ий межд.

семинар по вопросам плазмы и её взаимодействия сэлектромагнитным излучением (Москва, Россия, 2005); 2-ой симпозиум полазерам и фотонике (Каяни, Финляндия, 2005); 4-ое совещание AFOSR поизомерным ядрам (Туссон, США, 2001); европейская конф. по лазерам иэлектрооптике “CLEO®/EUROPE” (Мюнхен, Германия, 2005).Кроме этого, полученные диссертантом научные результаты легли воснову двух докладов на семинарах в институте Нелинейной Оптики и Спектроскопии им.

Макса Борна (Берлин, Германия) в 2004 и 2005 годах, а такжеодного доклада на семинаре в МЛЦ МГУ в 2004 году. Список опубликованныхработ приведен в заключительной части настоящего автореферата на стр. 19-21.Личный вклад автораВсе изложенные в диссертационной работе оригинальные результатыполучены лично автором, либо при его непосредственном участии. Авторомосуществлялась разработка и создание диагностической аппаратуры,проведение экспериментальных исследований, а также обработка данных иинтерпретация полученных результатов.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

Работа изложена на 135 страницах и включает 46 рисунков. Общеечисло ссылок составляет 151. Каждую главу предваряет вступительная часть,представляющая краткое содержание и основные задачи текущей главы. Взаключение каждой из глав сформулированы основные результаты, достигнутые в ней.II. Содержание диссертацииВо введении диссертационной работы происходит знакомство стематикой исследований, обосновывается актуальность темы, формулируютсяцели, задачи, научная новизна, практическая ценность работы и защищаемыеположения.Первая глава диссертационной работы посвящена обзору методовмассового и спектрального анализа, которые могли бы быть применены для9корпускулярной диагностики лазерной плазмы сверхкороткого импульсасубрелятивистской интенсивности, формируемой при его жесткой фокусировкена поверхность твердотельной мишени.

Существенная часть главы (первые двапараграфа) отведена описанию собственно механизма формирования ФЛП.Соответствующий материал также носит обзорный характер. Основным,практически полезным результатом первой главы (с точки зрения итоговыхзадач настоящей диссертационной работы), является проектирование диагностического комплекса, позволяющего осуществлять масс-спектрометрическийанализ корпускулярного тока лазерной плазмы в условиях интенсивности 1014 –1017 Вт/см2.Представим содержание каждого параграфа более подробно:В параграфе 1.1 рассматривается этап поглощения лазерной энергиивеществом, сопровождающийся образованием свободных электронов, передачей им энергии световой волны. В этот временной отрезок ионная компонентавещества не принимается в рассмотрение, поскольку может считаться неподвижной.

В параграфе обсуждаются процессы, определяющие формированиехарактерного двойного энергетического распределения электронов в плазме.В параграфе 1.2 описывается поведение плазменной системы во временной период, последующий этапу воздействия излучения на вещество (начинающегося спустя примерно 1 пс после начала действия лазерного импульса).Здесь, традиционно, внимание привлечено процессу ускорения ионной компоненты за счет амбиполярного электростатического поля свободных электронов.Однако, обзор настоящей диссертационной работы отличает то, что особоеместо в нём занимает рассмотрение роли легкого примесного слоя (содержащегося на поверхности мишени) на эффективность ускорения основной и болеетяжелой ионной компоненты. Присутствие такого слоя может быть обусловлено как естественными причинами – наличием различного рода загрязнений,так и являться интерпретацией экспериментальной схемы, в которой бы использовались двухслойные мишени.Среди основных целей первых двух параграфов ставится: приведениехарактерных значений параметров электронных (§1.1), а также ионных (§1.2)токов из лазерной плазмы свойственных импульсу фемтосекундной длительности и субрелятивистской интенсивности.

Перечисленные данные с одной стороны послужили ориентиром в выборе параметров экспериментальной диагностической установки по спектрометрическому анализу частиц из ФЛП (§1.4 и§2.2), с другой стороны позволили сопоставить впоследствии измеренные с еёпомощью данные с прогнозируемыми величинами, а также с величинами,известными в литературе из публикаций других авторов. Так, среди прочего, в§1.1-1.2 было получено, что в условиях интенсивности ~1016 Вт/см2 наповерхности твердотельной мишени будет формироваться лазерная плазма,компоненты которой будут иметь следующие энергетические и зарядовые10характеристики: 1) Ожидается, что спектр электронов будет содержать двеэнергетические компоненты с температурами не выше 500эВ (для тепловойкомпоненты) и порядка ~5кэВ (для горячей электронной компоненты); 2) Ожидается, что средняя энергия ионов будет составлять величину порядка 10-100кэВ.