毛细管放电46.9nm激光与固体靶相互作用的研究

《毛细管放电46.9nm激光与固体靶相互作用的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文毛细管放电46.9nm激光与固体靶相互作用的研究RESEARCHONINTERACTIONOFCAPILLARYDISCHARGE46.9NMLASERWITHSOLIDTARGETS崔怀愈哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O434.1学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学博士学位论文毛细管放电46.9nm激光与固体靶相互作用的研究博士研究生：崔怀愈导师：赵永蓬教授申请学位：工学博士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O434.1U.D.C:535D

2、issertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONINTERACTIONOFCAPILLARYDISCHARGE46.9NMLASERWITHSOLIDTARGETSCandidate：CuiHuaiyuSupervisor：Prof.ZhaoYongpengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：Dept.ofOptoelectronicInformationScienceandTechnolo

3、gyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近年来，激光领域热衷于将激光光源的波长推进到更短的范围内。短波长激光光源的发展催生了国际上相关领域对软X射线激光与物质相互作用方面的研究热情。由于软X射线激光具有更高的光子能量，这意味着其与物质的相互作用过程与传统的长波长激光有着本质的区别。对软X射线激光与物质相互作用过程的探索，对材料微纳米加工以及探究物质微观特性等方面有着重要的意义。本论文在理论和实验方面对毛细管放电46.9nm软X射线激光与固体靶相互作用的过

4、程进行了探索和研究。理论上，详细探讨了热效应在软X射线激光与固体靶相互作用的过程中所起的作用。根据46.9nm激光光子能量高的特点，忽略靶面附近等离子体屏蔽效应，建立含有热源项的热传导公式。利用COMSOLMultiphysics软件计算激光照射中及照射后靶材表层的温度分布及热弹性力分布，分析热效应对相互作用过程的影响。实验上，系统研究了软X射线激光与不同类型材料相互作用的过程。利用46.9nm激光照射导体（Cu）、半导体（Si）以及宽能带隙电介质（BaF2、LiF、SiO2和熔融石英）材料，得到不同实验条件下各种材料表面损伤结果，分析相互作用过程中的损伤机理。在理论方面，建立符合毛

5、细管放电46.9nm激光特性参数的热源项函数，针对不同的材料选择不同的吸收系数及反射率。一方面模拟不同靶材的靶面及内部由激光照射引起的温度变化。根据模拟计算的结果，考虑热效应在激光与不同靶材相互作用过程中所占比例的不同，分析激光辐照下不同材料的表面损伤情况。分析认为，相比于实验中所用的其他材料，激光的辐照更易引起Cu靶表面的熔化乃至溅射。另一方面模拟不同靶材所受激光照射引起的热弹性力分布。根据模拟计算的结果，结合各种材料的特性，分析激光辐照下不同材料的表面损伤情况。分析认为，相比于实验中所用的其他材料，激光的辐照更易导致离子晶体BaF2以及LiF的表面碎裂。在实验方面，首先利用Ce:

6、YAG荧光屏对毛细管放电46.9nm激光原始光斑进行了系统检测，研究了毛细管内Ar气初始气压以及工作介质的增益长度对原始光斑形状的影响。之后分析并选择了对46.9nm激光的聚焦方法，对聚焦光路进行了模拟，并测量了沿光轴不同位置的聚焦光斑。通过理论模拟和实验操作精确定位了聚焦光路对46.9nm激光的焦点位置。理论模拟和实验测量的聚焦光斑形状吻合良好。在系统分析了46.9nm激光的原始光斑和聚焦光斑后，在不同条件下对Si、Cu以及四种宽能带隙电介质材料与46.9nm激光的相互作用进行了实验研究。实验得出在不同激光脉冲数、不同激光能量密度等条件下靶材对激光照射的不同表面反应。其中，在Cu靶

7、表面的损伤区域内检测到熔化痕迹及溅射后重新固化形成-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文的微纳颗粒，在BaF2和LiF的损伤区域内检测到由热弹性力导致的碎裂痕迹，实验现象与理论计算的预期相符。由于46.9nm激光在对宽能带隙电介质材料进行损伤的方面有着明显的优势，因此着重研究了46.9nm激光与宽能带隙电介质材料相互作用的过程。测量了四种宽能带隙电介质材料在不同能量密度、不同靶面初始温度等实验条件下的烧蚀速率。针对BaF2损伤区域内稳定出现的微纳米尺寸周期性