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超环面镜聚焦46.9nm软X射线激光烧蚀固体靶的实验研究

作　者: 崔怀愈
导　师: 赵永蓬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 46.9nm 掠入射超环面镜损伤机理
分类号: O434.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 26次
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内容摘要

为了探究46.9nm软X射线激光与固体靶相互作用的过程，为激光与气体团簇靶相互作用打下基础，本论文进行了柱面镜和超环面镜掠入射反射聚焦46.9nm软X射线激光烧蚀Si靶和Cu靶的实验研究。掠入射反射聚焦能够保证激光的高反射率，适用于低能量激光的烧蚀实验。在理论部分推导了聚焦镜子午面与弧矢面的焦距公式，并且利用ZEMAX软件模拟了柱面镜和超环面镜的聚焦光路，确定了光路的参数如掠入射角度、焦距和接收光屏摆放方向等。并对距离焦点不同位置的聚焦光斑的变化趋势进行了模拟和分析，为烧蚀实验的操作和烧蚀结果的分析提供了理论基础。并且烧蚀实验的结果验证了理论计算和ZEMAX软件模拟的正确性。为了分析不同靶材对于柱面镜聚焦效果的影响，分别进行了柱面镜烧蚀Si靶和Cu靶的实验研究。在柱面镜聚焦烧蚀Si靶的实验过程中，利用扫描电镜检测了烧蚀结果，研究了Si靶烧蚀实验中距离焦点不同位置以及同一位置不同激光脉冲个数累积所对烧蚀结果的影响，并对理论计算和ZEMAX软件的模拟结果进行了验证分析。利用烧蚀Si靶实验中的光路参数和操作经验烧蚀Cu靶，分析了Si和Cu由于材质不同所呈现的烧蚀结果的不同，并通过扫描电镜高倍数放大观察对比烧蚀区域与未烧蚀区域的微观结构，推测X射线激光对Cu靶的损伤机理为高光子能量的作用。在超环面镜聚焦烧蚀Si靶和Cu靶的实验研究过程中，首先利用YAG:Ce闪耀屏捕捉激光的聚焦光斑形状确定焦点位置，在焦点前后摆放Si靶分别进行了不同激光脉冲发次以及距离焦点不同位置的烧蚀实验，并利用原子力显微镜和扫描电镜检测烧蚀结果并进行了损伤机理等分析。在超环面镜聚焦烧蚀Cu靶的过程中，进行了不同激光脉冲发次对Cu靶表面烧蚀影响的探究，并利用扫描电镜检测烧蚀结果，分析损伤机理。检测结果发现烧蚀过程伴随着热效应和光子能量的作用同时进行，这种损伤机理在国外小组相关方向的文章报道中并没有出现。由于在柱面镜烧蚀Cu靶的烧蚀结果检测中并没有发现热效应过程的存在，通过这一现象证明了超环面镜对46.9nm软X射线激光的聚焦效果要远优于柱面镜。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章绪论  8-18
  1.1 本研究课题的来源  8
  1.2 本课题的背景与研究意义  8-9
  1.3 国内外与课题相关研究领域的研究进展  9-15
    1.3.1 国外相关领域的研究进展  9-13
    1.3.2 国内相关领域的研究进展  13
    1.3.3 国内外研究进展的分析  13-15
  1.4 主要研究内容  15-18
第2章理论研究结果  18-33
  2.1 引言  18
  2.2 X 射线激光入射方式的选择  18-19
  2.3 弧矢面与子午面焦距公式的推导  19-20
  2.4 ZEMAX 软件模拟柱面镜聚焦光路  20-24
    2.4.1 ZEMAX 软件模拟聚焦光路分析聚焦效果  20-23
    2.4.2 掠入射角的选择  23-24
  2.5 ZEMAX 软件模拟超环面镜聚焦光路  24-31
    2.5.1 超环面镜子午面与弧矢面曲率的确定  24
    2.5.2 ZEMAX 软件对超环面镜聚焦光路的模拟  24-28
    2.5.3 光源的峰值功率密度对超环面镜聚焦的影响  28-29
    2.5.4 固体靶摆放方向的选择  29-30
    2.5.5 超环面镜聚焦光路中掠入射角对于聚焦光斑的影响  30-31
  2.6 本章小结  31-33
第3章实验装置的介绍、改造及柱面镜烧蚀实验  33-47
  3.1 引言  33
  3.2 实验装置的介绍及改造  33-38
    3.2.1 实验装置的介绍  33-34
    3.2.2 仪器装置的改造  34-38
  3.3 柱面镜烧蚀实验  38-46
    3.3.1 柱面镜烧蚀 Si 靶的实验  39-43
    3.3.2 柱面镜烧蚀 Cu 靶的实验  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章超环面镜烧蚀实验  47-67
  4.1 引言  47
  4.2 YAG:Ce 闪耀屏确定焦点位置  47-48
  4.3 超环面镜烧蚀 Si 靶的实验  48-61
  4.4 超环面镜烧蚀 Cu 靶的实验  61-66
  4.5 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-72
攻读学位期间发表的学术论文  72-74
致谢  74

超环面镜聚焦46.9nm软X射线激光烧蚀固体靶的实验研究

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