超短超强激光与物质相互作用X射线辐射实验研究.pdf

四川大学硕士学位论文Y99 五3 4 5超短超强激光与物质相互作用X 射线辐射实验研究原子与分子物理专业研究生王向贤指导老师蒋刚谷渝秋超短超强激光与物质相互作用可以产生单能的K - a l p h a 线辐射、x 射线激光辐射等K - a l p h a 线辐射能量可达几到几十个k e V ，并且发射区域小，时间短，可广泛应用于惯性约束聚变背光照相，医学成像，光刻，时间分辨x 射线衍射等领域K - a l p h a 线的产生和超热电子直接相关，可以通过研究K - a l p h a 线研究超热电子x 射线激光具有高亮度、短波长、短脉宽和很好的相干性等优点，在生命科学、原子结构和动力学、激光等离子体、材料科学和化学等领域有着诱人的应用前景因此，为了研究超短超强激光与物质相互作用产生的K - a l p h a线辐射、x 射线激光辐射，并为以后的研究和应用做预研本论文开展了：1 )超短超强激光脉冲与铜平面靶相互作用K - a l p h a 线辐射研究；2 ) 圆偏振飞秒激光脉冲与低压氙气体靶相互作用软x 射线辐射研究超短超强激光脉冲与铜平面靶相互作用K - a l p h a 线辐射实验：利用单光子计数型x 射线C C D 测量了5 ．5 x 1 0 1 7 —1 ．9 6 x 1 0 1 1 9 W ／c m 2 ( 1 0 0 m J ～4 ．5 J ) P 偏振超短超强激光与3 u r n 、l O u m 、3 0 u mC u 平面薄膜靶，密度为普通固体C a 密度4 4％和9 2 ％的l m m 厚块状纳米C u 靶相互作用K - a l p h a 线产额。

实验观测到较强的K - a l p h a 线辐射．K - a l p h a 线产额约为1 0 9 一l o m ，转化效率约为l O 一l o - 5 K - a l p h a 线产额和激光K - a l p h a 光转化效率随激光强度的变化趋势与理论预言的趋势符合的较好超短超强激光脉冲与c u 靶相互作用存在使K - a l p h a 光产额和转化效率最优的激光强度l O u mC u 薄膜靶K - a l p h a 线产额随激光强度的增加趋于饱和，转化效率有一最大值密度为普通固体C a 密度4 4 ％的l m m 厚块崎甲 0 》￡≥2 eI四川大学硕士学位论文状纳米C u 靶K - a l p h a 线产额和转化效率均有最大值激光强度3 ．3 x 1 0 1 8 W l c m 2的条件下，薄膜靶厚度越厚K - a l p h a 线产额和转化效率越高，低密度纳米c u靶K - a l p h a 线产额和转化效率高于商密度纳米c u 靶圆偏振飞秒激光脉冲与低压氙气靶相互作用软x 射线辐射实验：利用平场光栅谱议，分别在2 K p a 和3 K p a 的低气压下，测量了3 5 f s 圆偏振超强超短激光脉冲与5 r n m 长氙气体靶相互作用产生的波长在5 n m ～6 0 n m 范围内的离子谱线。

2 K p a 时最强的跃迁为X eV I I I ：5 s ( 2 S 1 ，2 卜—钟( 2 D 抛) 5 s S p ( 1 P 1 ) ( ％, l p l ) l ，2的1 7 ．0 8 5 6 n m 线，3 K p a 时最强的跃迁为1 1 ．3 4 3 n m 的X e V I I5 ，( 1 S o ) 一 4 ∥5 ，坎P 1 ) 跃迁两种气压下，x e 主要被电离到X e V I I ，X e V I I I ，X e l X 态关键词：超短超强激光激光等离子体K —a I p h a 光产额转化效率离子谱线四川大学硕士学位论文E x p e r i m e n t a ls t u d yo fx - r a ye m i s s i o nf r o mi n t e r a c t i o no fu l t r a —s h o r ta n du l t r a ．i n t e n s el a s e rw i t hm a t t e rM a j o r ；A t o m i ca n dM o l e c u l a rP h y s i c sP o s t g r a d u a t e ：W a n gX i a n g x i a nS u p e r v i s o r ：J i a n gG a n g ，G uY u q i uM o n o e n e r g e t i eK - - a l p h ax - r a y , X - - r a yl a s e re ta lc a ne m i tf r o mm w r a c f i o no fu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e rp u l s ew i t hm a t t e r ．F o rt h ea d v a n t a g eo fs m a l ls o u r c es i z ea n ds h o r tp a i s ed u r a t i o ae ta 1 ．K - a l p h ax - r a ye m i s s i o n , o fw h i c ht h ee n e r g yC a nr e a c hs e v e r a lO rt e n sl 【e Vc a r lb ea p p l i e dw i d e l yi nm a n yf i e l d s ．S u c ha s ，b a c kl i g h 血gi m a g i n gi ni n e r t i a lc o n f i n e m e n tf u s i o n ，m e s c a li m a g i n g ，p h o t o e n g r a v i n g ，t i m e - r e s o l u t i o nx - r a yd i f f r a c t i o na n d8 00 1 1 ．W h a t ’Sm o l ' e ，t h eg e n e r a t i o no fK - a l p h ax - r a yh a sd i r e c tr e l a t i o nt ot h eh o te l e c t r o n ．S ot h eh o te l e c t r o nC a l lb es t u d i e db yK - a l p h ax - r a yi n d i r e c t l y ．X - r a yh a si n t e r e s t i n ga p p f i c a t i o ni nl i f e 妣n c e s ，a t o m i cs t n l c t Ⅲ' ea n dd y n a m i c s ，l a s e r - p l a s m a , m a t e r i a ls c i e n c e sa n dc h e m i s t r ya n dS Oo n ，f O ri t ’sa d v a n t a g eo fh i g h - b r i g h t l e s s 。

s h o r t - w a v e l e n g h ta n dg o o dc o h e r e n c ee ta 1 ．hO r d e rt os t u d yK - a l p h ax - r a ye m i s s i o n ．p r a yl a s e re m i s s i o nf r o mi n t e r a c t i o no fu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e rp u l s ew i t hu l a t t e ra n dp r e p a r ef o rf u t u r eS t U d ya n da p p l i c a t i o n ．T h i st h e s i ss t u d y ：1 1K —a l p h aX - r a ye m i s s i o nf r o mu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e rp u l s ew i t hc o p p e rp l a n a rt a r g e ti n t e r a c t i o m2 ) S o f tx - r a ye m i t t e db yc i r c u l a r l yp o l a r i z e df e m t o s e c o n d —l a s e r - p u l s ei nl o wp r e s s u r ex e n o n ．E x p e r e m e n to fK - a l p h ax - r a ye m i s s i o nf r o mu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e rp u l s ew i t hc o p p e [ p l a n a rt a r g e ti n t e r a c t i o n ：U s i n gs i n g l e - p h o t o nc o u n t i n gx - r a yC C D ，t h ey i e l do fK - a l p l l ax - r a yw a sm e a s l l r e d , w h i c hW a se m i t t e db yi n t e r a c t i o no f5 ．5 ×1 0 1 7 —1 ．9 6 x 1 0 1 9 Wl c m 2P - p o l a r i z 甜u l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e rp u l s em四川大学硕士学位论文w i t h3 u r n 、1 0 u r n 、3 0 u r nt h i c kC up l a n a rf i l mt a r g e t 。

a n dt w ok i n do fl m mt h i c kc o m p r e s s e dn a n o p a r t i c l eC ub u l kt a r g e to fw h i c ht h ed e n s i t yi s4 4 ％a n d9 2 ％t ot h a to fg e n e r a ls o l i dC ur e s p e c t i v e l y ．H i g hi n t e n s i t yK - a l p h ax - r a yw a sm e a s u r e d ．T h ey i e l do fK —a l p h ax ．r a yi s1 0 9 一1 0 1 0a n dt h ec o n v e r s i o ne f f i c i e n c yo fl a s e re n e r g yt oK —a l p h ax —r a ye n e r g yi s1 0 4 —1 0 ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ev a r y i n gt e n d e n c yo fK —a l p h ax - r a yy i e l da n dc o n v e r s i o ne f f i c i e n c ya saf i m c。