Диссертация (1102719), страница 16
Текст из файла (страница 16)
излучение лазера на хром-форстерите, используемое впредставленных экспериментах, имело низкий контраст на наносекундных временах – порядка300. Для того, чтобы выяснить роль предымпульса в формировании взвеси и возникновенииспектральныхмодификацийГВГ,былпроведенэкспериментсиспользованиемвысококонтрастного излучения лазера на титанате сапфира (сравнительные результатыпоказаны на Рис. 2.
11).поверхностьканалрепер1,00,80,80,60,6А, о.е.А, о.е.1,00,40,20,0590поверхностьканалрепер0,40,2600610620, нм630640650а)0,0360370380390, нм400410420б)Рис. 2. 11. Спектр второй гармоники из микроканала и поверхности кварцевой мишени, находящейся в вакууме, для излучениялазера на Cr:forsterite (энергия в импульсе E≈480 мкДж) (а) и Ti:sapphire (энергия в импульсе E≈1,3 мДж) (б).
Серая кривая –«репер», т.е. опорный спектр (полученный с помощью нелинейного кристалла), черная – спектр с поверхности мишени, красная– из микроканала.65Таким образом, можно сделать общий вывод, что спектральные модификации ВГ,отраженной из микроканала (большие голубые сдвиги), подтверждают тезис о том, чтов процессе формирования микроканала фс-лазерным излучением, внутри него можетнарабатываться взвесь, при этом, по величине голубого сдвига спектра ВГ можно сделатьоценку концентрации электронов в этой звеси.§2.5 Изображение пучка второй гармоники, отраженной назадиз микроканала в мишениЭкспериментально исследована возможность диагностики существования плазменногооблака внутри микроканала, основанная на анализе изображения пучка ВГ, отраженной измикроканала в мишени.
Получены изображения пучка ВГ, отраженной из микроканала мишенииз плавленого кварца, находящейся в вакууме, по мере формирования такого микроканала (Рис.2. 12). Изображения пучка ВГ, отраженной из микроканала, образованного первыми ≈50-ювыстрелами, неоднородно и имеет спеклы, соответствующие неоднородностям стенок или днамикроканала. Изображения, полученные из глубокого микроканала, сформированного более,чем 60-ю лазерными импульсами, размыты (Рис. 2. 12).120200100I, о.е.I, о.е.15010050080604020050100150200px250050100150200250pxа)б)Рис. 2. 12.
Профиль интенсивности I пучка второй гармоники (верх) и его изображение на ПЗС (низ), отраженного при 10-омлазерном импульсе (а), при 83-ем лазерном импульсе (б).Размытие пятна ВГ связано с тем, что область ГВГ выходит из фокуса объектива,формирующего изображение пучка второй гармоники. Влияния плазменного облакаи наработанных частиц мишени на изображение ВГ не происходит, т.к. оно было бы ужезаметно после 10-го лазерного импульса. Факт того, что наработанное облако не рассеиваетизлучения ВГ, говорит о том, что оно достаточно однородно, плотность концентрации66электронов меньше критической для длины волны второй гармоники (2,81021 см−3).
Тем неменее, скорее всего, в нем содержаться нано- и микрочастицы мишени. В работе нашейнаучнойгруппы[87]былизарегистрированыжесткиерентгеновскиефотоны,распространяющиеся в направлении, параллельном поверхности мишени, при формированиимикроканала в мишени. Такие рентгеновские фотоны генерируются в звеси (находящейсяв микроканале близко к поверхности мишени), при взаимодействии горячих электронов,вылетающих из горячей плазмы на дне микроканала, с агрегированными частицами мишени.67Выводы1.При создании микроканала в твердотельной мишени (на примере плавленого кварца),находящейся в вакууме или воздухе, в импульсно-периодическом режиме воздействиясфокусированным интенсивным (вакуумная интенсивность I≈1016 Вт/см2) фемтосекунднымлазерным излучением, динамика выхода рентгеновского излучения проявляет сходныйхарактер с динамикой сигнала ГВГ: процессы немонотонны и достигают максимума.Эффективность(5,7±3,4)∙10−6генерациирентгеновскогоизлучениявозрастаетс(1,1±0,7)∙10−6допри формировании микроканала в мишени, находящейся в вакууме.
В случае,если мишень находится в воздухе, эффективность генерации рентгеновского излучениявозрастает с (3,6±2,3)∙10−8 до (4,4±2,5)∙10−7.2.Вторая гармоника, генерируемая при отражении от поверхности мишени в вакуумеинтенсивным(I≈1016Вт/см2)фемтосекунднымизлучениемлазеранаCr:forsteriteс наносекундным контрастом 300, является p-поляризованной. Эффективность ГВГ составляет(5±1)·10−4. При s-поляризации воздействующего лазерного излучения эффективность ГВГпадает на 2 порядка. При формировании микроканала в мишени, эффективность ГВГ возрастаетдо (4,4±0,9)·10−3.3.Спектр второй гармоники, генерируемой на поверхности мишени находящейся в вакууме,не испытывает сдвига или уширения в случае алюминиевой мишени, а в случае кварцевой –сильно уширены и сдвинуты в красную область (до 20 нм), при этом у них наблюдаетсясложная структура. Отсутствие существенных голубых спектров для мишеней в вакуумеявляется следствием того, что созданная предымпульсом разлетающаяся плазма не оказываетсущественного влияния на основной импульс (т.е.
имеет плотность ниже Ne<1018 см−3 придлине взаимодействия 50 мкм).4.Спектр второй гармоники, генерируемой на поверхности алюминиевоймишени,находящейся в воздухе, сдвинут в голубую область (Δλ=13±2 нм), в случае кварцевой мишенинаблюдается еще один спектральный компонент на несдвинутой длине волны. Голубой сдвигинициируетсяприбыстройионизациивоздухафронтомлазерногоимпульсадо Ne1,8·1019 см−3.5.Исследованы спектры второй гармоники, отраженной из микроканала, создаваемого приимпульсно периодическом воздействии (с частотой 1-10 Гц) интенсивных (I≈1016Вт/см2)фемтосекундных лазерных импульсов на твердотельные мишени (алюминий, кварц),находящиеся в вакууме и воздухе.
Обнаружено, что спектры сильно модифицированы: могутсостоять из нескольких компонентов и испытывать большой голубой сдвиг, величина которого68достигает в среднем Δλ≈25 нм. Соответствующие сдвиги были зарегистрированы и для спектраосновного лазерного излучения. Наличие таких сдвигов свидетельствует о прохождениилазерного излучения через некоторую среду (L=30÷100 мкм), при ионизации которойэлектронная плотность возрастает до 4·1019 см−3. Неизменность данной картины и в случаевакуума, является свидетельством того, что при формировании микроканала в данныхэкспериментальныхусловиях,внутримикроканаланарабатываетсявзвесь(облако)аблированного вещества.6.Получены изображения пучка второй гармоники, отраженной назад из микроканаламишени,формируемомприимпульсно-периодическомвоздействииинтенсивногофемтосекундного лазерного излучения на мишень.
С ростом глубины микроканала,изображениепучкастановитсянечеткимиисчезаетнеоднородноераспределениеинтенсивности, соответствующие неровностям на поверхности стенок и дна микроканала. Этосвязано выходом зоны формирования ВГ из фокуса объектива и указывает на то, что рассеяниеизлучение на наработанных частицах мишени внутри микроканала несущественно.69Глава 3. Возбуждение кластеров аргона фемтосекундным лазернымизлучением интенсивностью I≈1016 Вт/см2 (энергия в импульсе E≈5 мДж)В данной главе описывается экспериментальная установка для генерации кластерныхпучков и исследованию их взаимодействия с фемтосекундным лазерным излучением.Приведены результаты методических экспериментов по лазерному возбуждению кластероваргона, образующихся при расширении в вакуум газа под давлением 20-30 атм.
Аргон выбран всвязи с тем, что он является одним из наиболее исследованных газов с точки зрениякластеризации, а также лазерно-кластерного взаимодействия. Эксперименты были выполненыдля проверки работоспособности системы и получения реперных результатов, которыепозволили в дальнейшем провести сравнительный анализ с данными, полученными длямолекулярных кластеров.§3.1 Схема генерации газокластерного пучка и экспериментальной установкидля изучения лазерно-кластерного взаимодействияСхема установки для генерации кластерного пучка представлена на Рис. 3. 1.Первоначально, исследуемый газ под давлением находится в камере высокого давления.Рабочее давление используемого газа ограничивалось величиной в 40 атм в связи с прочностьюкоммуникаций и необходимостью поддержания вакуума в вакуумной камере не хуже 10 −2 Торр.Камера снабжена образцовыми манометрами и вакууметром Mini-Convectron 275 производстваGranville-phillips, обеспечивающими возможность контроля давления газа в пределах 10−650 атм.Прииспользованиивкачествекластеризующейсясредысмесей,смесиприготавливались заранее либо в отдельном баллоне, либо в предварительной камере,соединенной с основной камерой высокого давления.
Газ из камеры высокого давлениярасширяется в вакуумную камеру через коническое сопло, снабженное импульсным клапаном.Вакуумная камера имеет объем 11 л. Первичный вакуум, составляющий 3 .10−2 Торр, создаетсяфорвакуумным насосом со скоростью откачки 150 л/с. В дальнейшем, с помощьютурбомолекулярного насоса достигается вакуум не хуже 10−3 Торр.Диаметры критического и выходного сечений сопла равны 0,75 мм и 4 ммсоответственно, а полуугол при вершине – 5°. Клапан сопла произведен фирмой General Valve,для управления работой клапана используется специальный блок управления IOTA ONE(фирма Parker Hannifin Operation), позволяющий регулировать частоту и длительность открытиясопла. Частота повторений работы кластерного пучка удерживалась на уровне 1,25 Гц, чтообусловлено сохранением остаточного давления в вакуумной камере не хуже 10 −2 Торр.70Длительность открытия клапана сопла также ограничивалась величиной остаточного давленияв камере и устанавливалась равной 400 мкс.
В [201] было показано, что длительности открытияклапана в 500 мкс уже достаточно для установления квзистационарного истечения газа черезсопло, но это время может возрасти до нескольких миллисекунд из-за смещения плунжера,которое ведет к изменению эффективного диаметра сопла [202].Рис. 3. 1. Схема генерации кластерного пучка.Для синхронизации времени прихода в область взаимодействия лазерного импульса икластерного пучка использовалась схема задержки синхроимпульса. Она представляет собойделитель частоты и генератор импульсов АКИП 3302, позволяющий управлять задержкойприходящих синхроимпульсов. Деление частоты производится в 2, 4, 8 или 16 раз, изсинхроимпульса формируется ТТЛ сигнал, задержка которого устанавливается с помощьюгенератора импульсов.
Задержка формируется таким образом, что с газокластерной струейвзаимодействует следующий лазерный импульс, относительно того, по которому выставляетсязадержка.В экспериментах использовалось излучение титан-сапфирового TiSa лазера с длинойволны 810 нм, длительностью импульса 60 фс, диаметром пучка 1 см, частотой следованияимпульсов 10 герц, энергией в импульсе 5-7 мДж.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
