Экспериментальные исследования неидеальной плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов

• Автор: Ситников, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Глава 1 Анализ современных методов исследования и диагностики плазмы,

образующейся на поверхности мишеней при воздействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов

1.1 Плазма. Параметры и классификация

1.2 Плазма, образующаяся в результате взаимодействия фемтосекундных

лазерных импульсов с конденсированными средами

1.2.1 Механизм взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с

твердотельными мишенями

1.2.2 Влияние временного профиля лазерного импульса на механизмы

взаимодействия с материалом мишени

1.3 Оптические методы диагностики неидеальной плазмы

1.3.1 Эллипсометрия с временным разрешением

1.3.2 Интерференционная микроскопия с временным разрешением
Основные результаты главы
Глава 2 Диагностика неидеальной плазмы методом Фурье-интерферометрии
с фемтосекундным временным разрешением
2.1 Методика интерференционной микроскопии с фемтосекундным
временным разрешением
2.2 Методика обработки интерферограмм с использованием двумерного
преобразования Фурье
2.3 Методика определения параметров лазерного пучка
2.4 Определение погрешности измерения зависимости г,п(1 и 'Г,-„а от
плотности мощности нагревающего лазерного импульса на поверхности образца
Основные результаты главы
Глава 3 Экспериментальное исследование характеристического излучения и
механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии
инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов с
интенсивностью /< 1017Вт/см2

3.1 Фемтосекундные лазерные системы тераваттного уровня мощности
3.2 Фемтосекундная хром:форстеритовая лазерная система
3.3 Схема экспериментальной установки для исследования механизмов создания быстрых электронов
3.3.1 Узел фокусировки лазерного излучения
3.3.2 Конструкция мишенного узла
3.3.3 Узел спектрометра
3.3.4 Методика проведения эксперимента
3.3.5 Методика обработки полученных результатов
3.4 Исследование механизмов генерации горячих электронов
3.5 Исследование динамики разлета плазмы металлических мишеней при интенсивностях I ~ 10й’Вт/см2
3.5.1 Схема эксперимента
3.5.2 Определение размера неоднородности плазмы в момент
воздействия нагревающего импульса
3.6 Исследование квантового выхода рентгеновского характеристического излучения плазмы от интенсивности нагревающего лазерного импульса
Основные результаты главы
Глава 4 Экспериментальное исследование неидеальной плазмы,
образующейся при воздействии фемтосекундных лазерных

импульсов на металлические мишени А1, А§, Аи
4.1 Исследование неидеальной плазмы при значении задержки
зондирующего импульса 0 < Д^еЫуС 1 ПС
4.2 Измерение комплексного коэффициента отражения неидеальной плазмы при значении задержки зондирующего импульса
0 < АЬ^е1ау 6 ПС
Основные результаты главы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы
При взаимодействии мощных (1014 исследования, так как сильное межчастичное взаимодействие затрудняет применение традиционных методов теоретической физики. Прогресс в понимании физики неидеальной плазмы стал возможен лишь после появления результатов экспериментальных исследований.
Использование сверхкоротких (фемтосекундных и субпикосекундных) лазерных импульсов [7] открыло новые возможности для создания и исследования неидеальной плазмы. Их применение в методиках, основанных на измерении комплексного коэффициента отражения, позволило определять параметры (плотность, градиент плотности электронов, температура электронов и т.д.) нестационарной и неоднородной плазмы в условиях неразвитого гидродинамического движения ионов в субпикосекундном временном интервале.
Одним из применений фемтосекундной лазерной плазмы [8-12] является использование рентгеновского характеристического излучения субпикосекундной длительности при исследовании таких фундаментальных процессов как фазовые переходы[13-15], изменение колебательных и вращательных состояний в кристаллической решетке[16-20], разрушение и образование химических связей[21], т.е. процессов происходящих на временных интервалах от нескольких фемтосекунд до пикосекунд. Генерация характеристического излучения обусловлена возникновением в плазме быстрых электронов (с энергиями ~ 10 102кэВ), эффективность создания которых
зависит от 1радиента электронной плотности плазмы и параметров лазерного импульса (длины волны и контраста в наносекундном временном диапазоне). Поэтому изучение механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности твердотельных мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью I > 1016 Вт/см2 инфракрасного диапазона спектра излучения с контрастом в наносекундном диапазоне > 10б, имеет фундаментальное значение и являётся актуальным в настоящее время.

усиливаемого импульса корректируется между каскадами при помощи телескопов Галилея гак, чтобы его плотность мощности оставалась ниже величины плотности мощности насыщения 0.8 Дж/см2 и порогового значения нелинейных фазовых искажений. Основные параметры каскадов усилителя приведены в таблице 3.1.
Лазерный импульс после усилителя мощности расширяется телескопом с увеличением 3.3х до диаметра 300 мм и направляется в компрессор, состоящий из двух дифракционных решеток 600 штр/мм размером 120x100 мм. Полная эффективность компрессора составляет 74% при эффективности отдельной решетки 94%.
Каскад усилители Число проходов Энергия накачки, мДж Выходная энергия, мДж
1 6 90 6
2 4 400
3 2 600
Таблица 3.1. Основные параметры трехкаскадного усилителя мощности Автокорреляционная функция и спектр лазерного импульса на выходе компрессора приведены на рис.3.2 и 3.3. Длительность импульса для профиля интенсивности БесЬ2 по уровню FWHM составляет ~100 фс.
Задержка (фс)
Рис.3.2. Автокорреляционная функция лазерного импульса на выходе компрессора Для экспериментов с использованием фемтосекундных импульсов высокой интенсивности, важным параметром является не только длительность импульса, измеренная на уровне 0.5-/тах, но также временной профиль импульса на более низком уровне (до 10'7/тах).