Диссертация (1102719), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Зависимость выхода рентгеновского излучения от интенсивностипропорциональнастепени 3/2 [175, 211]. В [159] зависимость показана для кластеров криптона и оказываетсяпропорциональной степени 2/3 и связывается с увеличением фокального объема.Табл. 3. 2. Литературные данные по выходу рентгеновского излучения из кластеров аргона и приведение их к имеющимся(последние три колонки).Приведенные с учетомкоэффициентовВыход в Эффективность4Статьядавлениеаргона,атмИнтенсивность изл.,Вт/см2Энергияв имп.,мДж[150]100-130102010440(d≈30 нм)60(d≈70 нм)7∙10181105∙109 фот2,5∙10−51050,5∙10−9101652∙108фот3∙10−51072∙10−6[161]4010182∙1011фот/Дж10−43∙10−8[212]2010166∙10−910−9[210]186∙1016[158][173]Выход в4Эффективность10−4-10−5557∙104фот10−12-10−13104Учет давленияиинтенсивности(по отн. к30 атм иI≈8∙1015 Вт/см2)P: 60I: 1,7∙106P: 2I: 3∙104P: 8I: 1,7P: 2I: 1,7∙103P: 0,3I: 1,7P: 0,2I: 30Оценки, приведенные в Табл.
3. 2 носят грубый характер, так как учет коэффициентовне вполне корректен. Например, учет давления точно верен только для интенсивностей1016 Вт/см2, в результате, при большем разбросе давлений и интенсивностей, значенияэффективности генерации и выхода рентгеновского излучения получаются слишкомзаниженными. Тем не менее, можно сделать вывод о том, что полученная в данной работеэффективность генерации рентгеновского излучения в кластерах аргона не уступает значениямэффективности, получаемым в других научных группах.§3.4 Оптимизация управляющих параметров при регистрациирентгеновского излученияВыход жесткого рентгеновского излучения при лазерном возбуждении кластеров аргонаоптимизировался в зависимости от ряда управляющих параметров.
Такими параметрамиявляются задержка между открытием сопла и временем прихода лазерного импульса в зонувзаимодействия, знак чирпа и длительность лазерного импульса [164, 161, 173, 125], давлениегаза в камере над клапаном [174, 159] и положение вакуумного фокуса излучения относительнооси газокластерной струи [125, 152, 160].83Выход рентгеновского излучения в зависимости от длительности и знака чирпалазерного импульсаПо максимальному интегральному выходу рентгеновского излучения из кластернойплазмы, было установлено, что оптимальная задержка между моментом открытия клапанасопла и синхроимпульсом составляет порядка 99,53 мс.
В связи с тем, что взаимодействиекластерного пучка происходит со следующим лазерным импульсом, относительно того, покоторому выставляется задержка, реальная величина задержки между открытием клапана соплаи воздействующим лазерным импульсом составляет 470 мкс.Зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения из кластерной наноплазмы отдлительности лазерного импульса (и знака его чирпа) имеет вид двухгорбой кривой. Минимумсигнала наблюдается в области минимальной длительности лазерного импульса, а двалокальных максимума – при оптимальной длительности, в случае положительного иотрицательного чирпирования.
В наших экспериментах было получено (Рис. 3. 9), чтомаксимум выхода интегрального рентгеновского излучения достигался при лазерном импульседлительностью 300 фс.При этом, выход рентгеновского излучения зависит еще и от знака чирпа лазерногоимпульса. В разных сериях экспериментов были получены различные результаты: дляизлучения с «низким» контрастом (наносекундный ≈105 и пикосекундный ≈2∙102) оптимальнымоказалосьотрицательноечирпирование,адляизлученияс«высоким»контрастом(наносекундный ≈5∙106 и пикосекундный ≈106) – оптимальное чирпирование положительное.На Рис. 3. 9 приведена зависимость выхода рентгеновского излучения при воздействии накластеры лазерным излучением с «низким» контрастом.1,00,8Y, о.е.0,60,40,20,0-6-4-20246810l, ммРис.
3. 9. Выход интегрального жесткого рентгеновского излучения (Y) из наноплазмы кластеров Ar, в зависимости отположения дифракционной решетки компрессора (l). Энергия в импульсе – 5,4 мДж.84Различныйуровеньвыходарентгеновскогоизлученияприразличномзнакечирпирования импульса может быть связан с тем, что спектр лазерного импульса ассиметричени имеет «плечо» [179]. В зависимости от знака чирпирования, это «плечо» может как опережатьосновной лазерный импульс и играть отрицательную роль предымпульса, так и приходитьпосле основного импульса и поэтому существенно не влиять на взаимодействие излучения скластерами.
На Рис. 3. 10 показаны спектры лазерного излучения, соответствующиеэкспериментам с низким и высоким контрастом. Видно, что спектры имеют различнуюасимметрию, что, вероятно, и является причиной нестабильности оптимума по знакучирпирования."высокий" контраст"низкий" контраст0,9A, o.e.0,60,30,0770780790800810820830840850, нмРис. 3. 10. Спектры лазерного излучения, соответствующие экспериментам с низким и высоким контрастом.Величина полученной оптимальной длительности лазерного импульса согласуется сдругими экспериментальными работами (например, сходные значения были получены в[160, 173] для кластеров аргона) и с «гидродинамической моделью» наноплазмы [141](параграф 1.2.2 главы 1), учитывающей неравномерность нагрева и ионизации крупныхкластеров.В дальнейшем в экспериментах использовалось излучение оптимальной длительностиоколо 300 фс.Выход рентгеновского излучения в зависимости от положения вакуумного фокусалазерного пучка относительно оси газокластерной струи и поглощение лазерногоизлученияПроизводилась оптимизация интегрального выхода жесткого рентгеновского излученияпо положению вакуумного фокуса излучения относительно оси газокластерной струи(Рис.
3. 11). Наибольший интерес вызывают результаты с линзой f/20. Как видно из Рис. 3. 11,85рентгеновское излучение появляется при положении вакуумного фокуса на расстояниипримерно 4 мм до переднего края газокластерной струи (это порядка 30 рэлеевских длин) и,соответственно, 6 мм до оси газокластерной стуи (50 рэлеевских длин), что соответствуетусловию падения на газокластерную струю расходящегося излучения. В этом случаеинтенсивность излучения на входе в струю составляет порядка 1014 Вт/см2 (более точноеопределение интенсивности затруднительно из-за размытости края струи).
Такое значениеинтенсивности является как раз пороговым для ионизации кластеров и генерациирентгеновского излучения [125, 141, 173]. Оптимальное положение вакуумного фокусадостигается при его положении в районе переднего края газокластерной струи. Для линзы f/20,максимальный выход рнтгеновского излучения достигается при удалении вакуумного фокусана -2,5 мм от оси газокластерной струи, при этом, величина вакуумной интенсивности на краюструисоставляетоколо2∙1015Вт/см2. В случаеоптимальнойфокусировкивыходрентгеновского излучения более чем в 4 раза превышал выход, соответствующий фокусировкев центр струи.
Расходящееся излучение использовалось ранее для генерации как жесткого[152], так и мягкого рентгеновского излучения [164]. Следует, однако, отметить, что в обоихприведенных случаях энергия лазерных импульсов превышала 100 мДж. Для линзы f/10, как и в[156] при сравнимой энергии импульса, оптимум достигается при заглублении вакуумногоось кластерной струифокуса за передний край струи.лазер20-2-4ось кластерной струиf/200,50,0f/20f/201,0f/10Y, о.е.Y, о.е.1,00,5лазер0,0-620-2-4-6x, ммx, мма)б)Рис.
3. 11. Зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения (Y) для кластеров аргона от положения вакуумного фокусаизлучения относительно оси газокластерной струи (x) для линз f/20 и f/10 (а); появление второго максимума в зависимости длялинзы f/20 (б).Следует подчеркнуть, что фокусировка лазерного излучения на передний крайгазокластерной струиимеет преимущества и в плане снижения отрицательного влиянияпредымпульса на кластеры [164].
В этом случае интенсивности предымпульса не достаточно86для того, чтобы ионизовать кластеры и основной лазерный импульс взаимодействует снеповрежденными кластерами. В ряде экспериментов возникала аномалия, вероятно, связаннаяс особенностью моды лазерного излучения. Зависимость, представленная на Рис. 3. 11, а длялинзы f/20, принимала вид двугорбой кривой: появлялся еще один пик, еще больше удаленныйот оси газокластерной струи (вплоть до -5 мм) (Рис. 3.
11б).Параллельно с измерением выхода рентгеновского излучения в зависимости отположения перетяжки лазерного излучения (фокусировка линзой f/20) относительно осиось кластерной струигазокластерной струи, измерялась доля поглощенной энергии (Рис. 3. 12).807060500,540, %Y, о.е.1,03020100,020-2-4-60-8x, ммРис. 3. 12. Выход рентгеновского излучения (Y) и поглощение энергии в кластерах аргона (α) в зависимости от положениявакуумного фокуса излучения относительно оси газокластерной струи (x). Энергия в импульсе – 6 мДж.Динамика зависимостей оказалась практически идентичной; доля поглощенной энергиипри максимальном выходе рентгеновского излучения составляет более 60%.Модификация спектра лазерного излучения после взаимодействияс газокластерной струейИсследована модификация спектра лазерного излучения, после его взаимодействия сгазокластерной струей.
На Рис. 3. 13 показаны спектры лазерного излучения, прошедшие черезструю кластеров Ar, а также через струю газа Ne (15 атм), который не кластеризуется.Измерения проведены для различных длительности и чирпирования лазерного импульса.87Ar770 780 790 800 810 820 830800600Ne770 780 790 800 810 820 830положительноечирпирование300 фс800600400400200А, о.е.2001200А, о.е.1000800600положительноечирпирование280 фсбезчирпирования75 фс0800600безчирпирования75 фс40040020020010008006000770 780 790 800 810 820 830отрицательноечирпирование450 фс, нм400200770 780 790 800 810 820 830, нма)б)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
