毛細(xì)管放電抽運(yùn)獲得類鎳氪32.8nm激光可能性研究

1、 國內(nèi)圖書分類號：O434.1 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號：535-3 密級：公開 工學(xué)碩士學(xué)位論文 工學(xué)碩士學(xué)位論文 毛細(xì)管放電抽運(yùn)獲得類鎳氪 32.8nm 激光可能性研究 碩 士 研 究 生 ： 江水森 導(dǎo) 師 ： 趙永蓬教授 申 請 學(xué) 位 ： 工學(xué)碩士 學(xué)

2、 科 、 專 業(yè) ： 物理電子學(xué) 所 在 單 位 ： 光電子信息科學(xué)與技術(shù)系 答 辯 日 期 ： 2014 年 6 月 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 -I- 摘 要 類氖氬 46.9nm 激光是目前通過毛細(xì)管放電抽運(yùn)方式得到最短波長的 X 射線激光，這制約了 X 射線激光研究領(lǐng)域的向前發(fā)展，因此探索波長比 46.9nm 更短的 X射線激光是非常有意義的。 要想獲得波長比 46.9nm 更短的 X 射線激光，

3、可以使用具有較高 Z 值的 Kr 氣作為增益介質(zhì)， 并且在實驗上已經(jīng)通過光場感生電離方式獲得了類鎳氪 32.8nm 激光。本文在理論上和實驗上對通過毛細(xì)管放電抽運(yùn)方式得到類鎳氪 32.8nm 激光的可能性進(jìn)行了研究。 在理論上，首先對離子的電子碰撞激發(fā)以及亞穩(wěn)能級的單極激發(fā)過程進(jìn)行介紹，可以更深入地理解類鎳氪 32.8nm 激光產(chǎn)生的物理機(jī)理。然后，采用 Cowan物理程序以及相關(guān)理論計算了類鎳氪系統(tǒng)具有的相關(guān)原子參數(shù)，給出了類鎳氪32

4、.8nm 激光有關(guān)能級之間的躍遷示意圖，計算得到了從激光上能級 3d94d 1S0 向下躍遷至激光下能級 3d94p 1P1 所形成激光的波長為 32.8nm， 而且在激光下能級 3d94p 1P1 和基態(tài)能級 3d10 1S0 之間的躍遷波長為 11.6nm。最后，建立和類鎳氪系統(tǒng)有關(guān)能級的速率方程，并在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)近似下對其進(jìn)行求解。計算研究了 3d94f、3d94d 以及 3d94p 這三個組態(tài)的能級對獲得激光的作用， 并分析了激光有關(guān)

5、能級的粒子數(shù)分布以及激光上、下能級之間的增益特性。通過計算獲得了產(chǎn)生該激光對應(yīng)的最佳電子溫度和最佳電子密度，分別為 75eV 和 1018cm-3。該電子溫度、電子密度與在實驗上通過毛細(xì)管放電抽運(yùn)方式得到類氖氬 46.9nm 激光所對應(yīng)的電子溫度、電子密度很接近，在理論上表明了通過毛細(xì)管放電抽運(yùn)方式有可能得到類鎳氪 32.8nm激光。 在實驗上，分別在幅值為 11kA 的較小電流以及 16kA 的較大電流條件下，在10~100Pa 的

6、Kr 氣氣壓范圍內(nèi)， 對 5~70nm 的毛細(xì)管放電氪等離子體光譜進(jìn)行測量。在這兩種電流條件下， 觀察到了在激光下能級 3d94p 1P1 和基態(tài)能級 3d10 1S0 之間躍遷的 Kr8+ 11.6nm 譜線，該實驗結(jié)果與理論計算一致，同時表明了在激光下能級有粒子積累。 分析表明在 11kA 的電流條件下， 由于通過 Z 箍縮產(chǎn)生等離子體具有的電子溫度和電子密度均偏低，從而使 Kr8+離子無法通過電子碰撞從基態(tài)能級向上抽運(yùn)到激光上能級