Диссертация (1102719), страница 20
Текст из файла (страница 20)
3. 13. Модификации спектра лазерного импульса, после его взаимодействия с газовой/кластерной струей в зависимости отзнака чирпа и длительности. (а) - кластерная струя аргона; (б) - струя неона. Серая кривая – спектр излучения в отсутствиеструи. Энергия в импульсе – 4,8 мДж.Обнаружено, что для положительно чирпированного импульса «выедается» голубаячасть спектра, а для отрицательного – красная.
Иначе говоря, амплитуда спектральныхкомпонентов переднего фронта импульса практически не меняется, в то время, как амплитудаспектральных компонентов заднего фронта, приходящих через несколько сотен фемтосекунд,резко падает. Похожая картина модификации спектра чирпированного лазерного излучения,прошедшего через кластеры аргона, отмечалась в [166]. Вероятно, наблюдаемая трансформацияспектра лазерного излучения возникает в силу следующих причин. Вначале фронт лазерногоимпульса ионизует кластеры, а при дальнейшем расширении кластеров, центральная ихвостовая части лазерного импульса начинают эффективно поглощаться из-за развитияпроцесса самофокусировки и последовательной реализации резонанса Ми, соответственно,более эффективного энерговклада.
Это подтверждается отсутствием подобного родамодификаций при данных экспериментальных условиях в спектре лазерного излучения,прошедшего через струю неона, который не кластеризуется (Рис. 3. 13). Из отношенияинтегралов спектра прошедшего лазерного импульса и спектра исходного можно оценить долюпоглощенной энергии лазерного излучения, прошедшего через газокластерную струю.Величина поглощенной энергии при этом составила порядка 60% и около 70% дляотрицательно и положительно чирпированного лазерных импульсов соответственно. Данныезначения подтверждаются прямыми измерениями поглощенной энергии лазерного импульса,полученными с помощью ОАП.88§3.5 Генерация третьей гармоники лазерного излучения.
Изображенияплазменного филаментаБыло проведено исследование генерации третьей гармоники (ГТГ) интенсивного(I~1015−1016 Вт/см2) фемтосекундного лазерного излучения, воздействующего кластеры аргонав зависимости от положения вакуумного фокуса лазерного излучения (Рис. 3. 14). Была выбраналинза f/30, т.е. с более длинным фокусным расстоянием, чем использовавшиеся до этого длягенерации жесткого рентгеновского излучения, с целью достижения более эффективнойгенерации третьей гармоники (ТГ).T, о.е.1,0Ar 30 атм.Ar 15 атм.0,50,0121086420-2-4-6-8x, ммРис. 3. 14. Зависимость выхода третьей гармоники (T) от положения вакуумного фокуса излучения относительно осигазокластерной струи (x) для аргона при давлениях 15 и 30 атм и энергии в лазерном импульсе 6 мДж.. Меньшие значенияположения соответствуют фокусировке излучения перед соплом, большие – за соплом.Зависимость сигнала ГТГ от условий фокусировки имеет вид двугорбой кривой.Величина второго горба меньше из-за снижения интенсивности воздействующего лазерногоизлучения вследствие поглощения энергии излучения, прошедшего через газокластернуюструю.
Максимальная эффективность преобразования энергии лазерного излучения в третьюгармонику составила 4,4∙10−5. Для того, чтобы проверить, как соотносятся положениямаксимумов ГТГ с фактом генерации горячей плазмы, уже в рамках исследованиямолекулярных кластеров, были выполнены одновременные измерения ТГ и сигнала жесткогорентгеновского излучения (Глава 4).Для определения реальной продольной области, в пределах которой осуществлялсяосновной энерговклад лазерного излучения, производился мониторинг свечения кластернойнаноплазмы, путем переноса ее изображения на ПЗС-матрицу. В подавляющем числе случаевобразовывалась протяженная светящаяся область, длина которой значительно превышаларелеевскую, которую в дальнейшем будем называть филаментом. Были получены фотографиифиламентов в кластерах аргона для линз f/10 и f/20 при различных положениях вакуумного89фокуса излучения относительно оси газокластерной струи и «низком» контрасте лазерногоизлучения (Рис.
3. 15).х, ммf/20f/10−4−3−2,5−1,5−0,502Рис. 3. 15. Изображения филамента, в зависимости от положения вакуумного фокуса излучения относительно осигазокластерной струи (х) для линз f/20 и f/10 (левая и правая колонки) при «низком» контрасте лазерного излучения. Серыелинии – примерные границы газокластерной струи и ее ось. Красная стрелка – положение вакуумного фокуса излучения.Энергия в импульсе – 5 мДж.Положение линзы, при котором перетяжка излучения находилась в приосевой областигазокластернойструи(положениевакуумногофокусаизлученияотносительноосигазокластерной струи «0»), определялось по свечению пробоя при фокусировке лазерногоизлучения с ослабленной энергией в отсутствие кластеров, когда в камере находилсяразряженный воздух (давление 70 Торр).
(Рис. 3. 16).Рис. 3. 16. Определение положения перетяжки лазерного излучения, соответствующего оси газокластерной струи по свечениюискры в разреженном воздухе.90На основе полученных данных для аргона были построены зависимости длины,геометрического центра и координат начала и конца филамента от вакуумного положенияперетяжки излучения (Рис. 3. 17).102,01,5-1длинаXrayF=20cm2112,502,01,5-11,00,5-2-7-5-4-3-2-1010,52-2-7-6-5-4-3-2-10110000-1-1-1-1-2-2-2-6-5-4-3-2-1012x121-72x1x21-2-7-6-5-4-3а)f, мм022x1x21x22-60x21,0x1центр3,53,0L, мм2,54,0X-ray, о.е.1center2C3,0L, ммF=10смцентрдлинаXray3,5X-ray, о.е.4,0-2-10f, мм12б)Рис. 3. 17.
Зависимость длины (L) и геометрического центра (C) искры в аргоне от положения вакуумного фокуса излученияотносительно оси газокластерной струи (f) для разных линз ( а) − f=10 см, б) – f=20 см). x1 и x2 – координаты начала и концаискры (0 на оси ординат – ось кластерной струи, лазерное излучение падает слева направо).Несмотря на то, что для линзы 10 см сложно адекватно оценить координаты центраискры и ее длину, т.к. сильно выражен многофокусный режим и нет критерия того, искру какойяркости учитывать, а какой нет, можно выделить несколько особенностей:изменения структуры и положения филамента в зависимости от фокусировкисильнее выражены для линзы с f=10 см;центр филамента смещается по горизонтали от −1 мм до +1 мм относительно осидля линзы с f=10 см, и от −1 мм до +0,2 мм для линзы с f=20 см;для линзы с f=10 смдлина филамента имеет ярко выраженный максимум,который достигается в приосевой области (а максимальный выход рентгеновского излучения в−0,5 мм от оси), а для линзы с f=20 см длина не имеет ярко выраженного максимума: онавыходит на насыщение, начиная с области максимального выхода рентгеновского излучения.При заглублении фокуса за ось сопла, начало филамента также смещается впередв случае линзы с f=10 см, а при использовании линзы с f=20 см филамент начинает развиватьсяна передней грани сопла вне зависимости от положения фокуса.Смещение филамента при смещении вакуумного положения перетяжки было такжезарегистрировано в [160].В случае использования линзы f=20 см, сигнал рентгеновского излучения появляется,когда перетяжка лазерного излучения находится перед осью газокластерной струи, нарасстоянии 5 мм от нее.
При этом, регистрируется небольшой филамент внутригазокластерного пучка (Рис. 3. 15). В этом случае интенсивность излучения на краю91газокластерной струи близка к пороговой (порядка 1014 Вт/см2 [125]). Такое положениефиламента (не на краю струи, а ближе к ее оси, где диаметр лазерного излучения должен бытьеще больше за счет расходимости) свидетельствует о том, что интенсивность излучениявозрастаетвприосевойобластигазокластернойструивероятнеевсегозасчетсамофокусировки лазерного излучения.Наличие эффекта самофокусировки подтверждается и тем, что в оптимальных условиях(при максимальном выходе жесткого рентгеновского излучения) длина филамента близка кпоперечному размеру струи, который составляет 4мм, что существенно больше рэлеевскойдлины излучения.
Кроме того, реализуется многофокусный режим развития филамента. Такимобразом,имеетместочередованиеконкурирующихдефокусировки. Эффективные поглощение энергиипроцессовсамофокусировкиии генерация рентгеновского излученияпроисходят в областях, где лазерный пучок «схлопывается» и достигается его максимальнаяинтенсивность. Т.е. при многофокусном режиме филаментации область эффективноговзаимодействия лазерного излучения с кластерной струей увеличивается.При положении вакуумного фокуса лазерного излучения за осью газокластерной струи,регистрируется протяженный однородный филамент. При этом, выход рентгеновскогоизлучения сопоставим со случаем положения перетяжки лазерного излучения на расстоянии5мм перед осью газокластерной струи. Поэтому, процесс формирования такого протяженногофиламента, вероятно, носит достаточно сложный характер.Предположение о том, что в областях интенсивного свечения филамента максималенэнерговклад и наиболее эффективна генерация рентгеновского излучения подтверждается и в[115].Вданнойработеприведенопространственноераспределениеинтенсивностихарактеристического рентгеновского излучения вдоль кластерных струй CO 2 и Kr.
На осикластерных струй выход рентгеновского излучения испытывает локальный минимум, амаксимумы достигаются симметрично слева и справа от оси.В случае «высокого» контраста лазерного излучения вид филаментов в арнонеизменяется. Фотографии филаментов в кластерах аргона для линзы f/20 при различныхположениях вакуумного фокуса излучения относительно оси газокластерной струи и«высоком» контрасте лазерного излучения показаны на Рис.
3. 18.92х, ммf/20−5,5−4,5−4−3,5−2,5−0,51,5Рис. 3. 18. Изображения филамента в зависимости от положения вакуумного фокуса излучения относительно осигазокластерной струи (х) для линзы f/20 и при «высоком» контрасте лазерного излучения. Серые линии – примерные границыгазокластерной струи и ее ось. Красная стрелка – положение вакуумного фокуса излучения. Энергия в импульсе – 5 мДж.В этом случае максимальному выходу рентгеновского излучения соответствует непротяженный многофокусный филамент как ранее, а одна светящаяся точка, расположенная вобласти передней половины газокластерной струи (максимальный выход рентгеновскогоизлучения, соответствующий этим изображениям наблюдался приположении вакуумногофокуса около «-4» - см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
