Диссертация (1102719), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Эта модель предсказывает резонансное возрастаниеГТГ,в случае, если частота внешнего поля равняется трети собственной частоты электронного ядра(Ми резонанс).Рис.1. 2. Механизм ГТГ в кластере, предложенный в [171].В [171] эта модель была дополнена учетом электрон-ионных столкновений, полученанелинейная восприимчивость третьего порядка для газокластерной струи и проверенаэкспериментально.На данный момент нелинейный отклик кластерной наноплазмы описан теоретически,плазма рассматривается как уникальная нелинейная среда, в которой одновременновыполняетсяусловиесинхронизма[172]ирезонансногоувеличениянелинейныхвосприимчивостей χ(n) нечетного порядка (n = 3, 5, ...
) [170] при достижении резонанса Ми.В экспериментальномисследовании[171]продемонстрировано,чтонелинейнаявосприимчивость χ(3) кластеров и длина когерентности для ГТГ в кластерной среде сразу послеионизации резко падают. Но, при расширении кластеров, параметры могут оптимизироваться(так,длякластероввосприимчивостьразмеромвозрастает10-30почтинм,черезна порядок)100-400ифемтосекунд,определятьнелинейнаясущественныйвкладв возрастание сигнала ГТГ.Вероятно, генерацию третьей гармоники (ГТГ) в газокластерной струе можноиспользовать в качестве способа зондирования ее пространственной структуры.
Так, в областиконцентрации кластеров будет образовываться плотная плазма, в которой будет нарушатьсяусловие фазового синхронизма, и, в результате падать эффективность ГТГ [171].421.2.3 Методы повышения выхода жесткого рентгеновского излучения изкластерной плазмыВ связи с тем, что кластерная наноплазма позволяет получать характеристическоерентгеновское излучение с высоким контрастом, вопрос генерации рентгеновского излучениябыл широко исследован в ряде экспериментальных работ [152, 154, 158, 159, 161, 164, 173–177].Наиболее актуальной задачей на данный момент является задача повышения эффективностигенерации рентгеновского излучения в кластерной струе, а также расширение используемыхкластеризующихся сред с точки зрения расширения набора генерируемых характеристическихлиний.Выход жесткого (E>2 кэВ) характеристического рентгеновского излучения изкластернойнаноплазмызависитотрядапараметров.Частьпараметровсвязанас характеристиками лазерного пучка.
К управляющим параметрам, которые необходимооптимизировать для получения максимального выхода рентгеновского излучения из кластернойнаноплазмы относятся длительность лазерного импульса [175], знак его чирпа [161], а такжефокусировка лазерного излучения в газокластерную струю: позиция вакуумного фокусаизлучения относительно оси газокластерной струи и жесткость фокусировки [152, 164, 161].Одним из важнейших параметров является также контраст лазерного излучения. Еслиинтенсивность предымпульса достаточно велика для ионизации (около 10 14 Вт/см2 [173, 141],а при наличии резонанса на электронных переходах она может понижаться до 1011Вт/см2 [178]),то предымпульс может разрушить кластер малого размера.
В результате, основной лазерныйимпульс будет взаимодействовать с образованной к его приходу плазмой. Это справедливо какдля наносекундного, так и для пикосекундного контраста, так как однородная плазмаобразуется на временах порядка пикосекунд, и через наносекунды уже начинает распадаться. Вработе [153] показано существенное влияние контраста на выход рентгеновского излученияиз кластерной наноплазмы для кластеров аргона и криптона: при увеличении пикосекундногоконтрастас10−5до 1011 фотонов/Дж.до10−10Снижениювыходрентгеновскихотрицательнойроликвантовувеличиваетсяпредымпульсов,с1010способствуетиспользование крупных кластеров т.к.
крупные кластеры не успевают полностью разрушитьсяпод их воздействием [123].Выход рентгеновского излучения повышается с ростом интенсивности воздействующеголазерного излучения. Данная зависимость пропорциональна, как правило, степени 3/2 [159, 175]и объясняется увеличением эффективного фокального объема [175] при росте интенсивностилазерного излучения.43Оптимальные длительность и интенсивность лазерного излучения зависят от размераиспользуемых кластеров (см.
глава 1, пункт 1.2.2). Так, для мелких кластеров, которыерасширяются в результате ионизации по сценарию кулоновского взрыва, наиболее эффективноевзаимодействие реализуется при малых длительностях и высоких интенсивностях, привозникновении нелинейного резонанса [161]. В случае крупных кластеров и умеренныхинтенсивностей (I≤1016 Вт/см2), оптимальная длительность увеличивается вплоть до сотенфемтосекунд за счет наличия резонанса Ми в течение гидродинамического расширениякластера [141]. В экспериментах при проведении оптимизации выхода рентгеновскогоизлучения по длительности лазерного импульса [161, 164, 173, 175], как правило, длительностьлазерного импульса меняется смещением дифракционных решеток компрессора лазернойсистемы.При этом, имеет значение и знак чирпа лазерного импульса: выход рентгеновскогоизлучения различен при положительно и отрицательно чирпированных лазерных импульсах,имеющую одинаковую длительность.
Данный факт может быть связан со спектральнойассиметриейчирпированного импульса,когда присутствуетспектральныйкомпонентиграющий роль предымпульса. В [179] было продемонстрировано, что чирпированный импульсможет быть ассиметричным и иметь с одной стороны «плечо», которое в зависимости от знакачирпирования, является пред- или пост- импульсом.
При этом, максимальная температураионов, возникающих при воздействии на кластеры таким лазерным излучением, отличается вдва раза в зависимости от знака чирпа.Фокусировка лазерного импульса также существенно влияет на выход рентгеновскогоизлучения. Оптимальное положение вакуумного фокуса излучения относительно осигазокластерной струи определяется такими нелинейными эффектами, возникающими вгазокластерной среде, как самофокусировка или самодефокусировка лазерного излучения. Дляслучая умеренных интенсивностей, было обнаружено, что оптимальное положение вакуумногофокуса излучения – перед осью газокластерной струи [158, 164, 175]. Жесткость фокусировкитакже влияет на выход рентгеновского излучения. При этом больший выход рентгеновскогоизлучения может достигаться при мягкой фокусировке и, соответственно, меньшейинтенсивности, что было продемонстрировано в [153].
Происходит это, опять же, за счетдостижения оптимальных условий для развития самофокусировки излучения в газокластернойструе.Второйгруппойпараметров,покоторымпроизводитсяоптимизациявыходарентгеновского излучения, являются параметры, связанные с характеристиками газокластернойструи. Одним из наиболее значимых и очевидных способов повышения эффективности44генерации характеристическогорентгеновского излучения является создание крупныхкластеров, размером более 106 частиц в них [173]. Простейшим способом увеличения размеракластеров является повышение давления рабочей смеси.
В [125, 159] было показано, что приповышении давлении инертного газа и, соответственно, увеличении размера кластеровувеличивается выход жесткого рентгеновского излучения. Кроме этого, для фиксированнойинтенсивности лазерного излучения, существует оптимальный размер кластеров, при которомгенерация рентгеновского излучения происходит наиболее эффективно [143]. Диапазонтипичных давлений газа, находящегося над соплом, необходимых для получения крупныхкластеров, лежит в пределах 20 – 90 атм и ограничивается, как правило, характеристикамикоммуникаций и клапана сопла.Ключевым параметром, определяющим эффективность генерации рентгеновскогоизлучения, является также плотность электронов, возникших в результате начальной ионизациикластера лазерным импульсом. Влияние легко ионизующихся примесей на динамикуионизационных процессов было продемонстрировано в работе [180].
В [181] былозарегистрировановозрастаниевыходарентгеновскогоизлученияпридопированиикластеризующегося аргона лекгоионизуемыми молекулами воды. Более эффективный нагревкластера в результате увеличения количества свободных электронов был также установлени в [179], где для продуктивной ионизации кластера использовался положительный чирплазерного импульса с асимметричным спектром. Можно ожидать, что в наноплазме,образованной из кластеровмногоатомных молекул, будет выше электронная плотностьпо сравнению с кластерной наноплазмой на основе инертного газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
