WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Заключение В настоящей работе проведена всесторонняя характеризация новой фемтосекундной лазерной системы на сапфире с титаном, установленной в МЛЦ МГУ им. М.В. Ломоносова. Лазерная система дополнена вакуумным компрессором, состыкованным с камерой взаимодействия. В разработанной камере взаимодействия установлены новый мишенный узел и опто-механическая система прецизионной юстировки внеосевого параболического зеркала для жесткой фокусировки фемтосекундного лазерного излучения на плоскую твердотельную мишень. С использованием развитых методик юстировки проведены эксперименты по взаимодействию фемтосекундного лазерного излучения с пиковой мощностью до 0,2 ТВт и интенсивностью от 1015 до 1018 Вт/см2 с плоскими твердотельными мишенями.

По результатам, представленным в диссертационной работе, можно сделать следующие выводы:

1. Фемтосекундная лазерная система на основе кристалла Ti:Sa имеет длительность лазерного импульса 50±5 фс. При его энергии в 10 мДж выходная пиковая мощность составляет 0,2 ТВт. Контраст в наносекундном временном интервале определяется импульсом с временной отстройкой 13 нс и относительной амплитудой 2,510-7, а в пикосекундном интервале импульсом с цугом импульсов, максимальный из которых отстоит от основного импульса на 7 пс и имеет относительную амплитуду 510-4. Уровень усиленной спонтанной люминисценции не превышает величины 10-7 на наносекундном и 10-5 на пикосекундном масштабах времени. Параметр качества излучения M2=1,8±0,3.

2. При фокусировке лазерного пучка диаметром 1 см на поверхность твердотельной мишени с помощью внеосевого параболического зеркала с фокусным расстоянием 5 см в пятне диаметром 3,5 мкм содержится 56% энергии лазерного импульса. При энергии 10 мДж и длительности 50 фс в этом пятне достигается интенсивность лазерного излучения ~1018 Вт/см2.

-153. Измерения, проведенные с использованием одноквантового режима регистрации рентгеновского излучения плазмы, созданной на поверхности вольфрамовой мишени, показали, что спектр рентгеновского излучения состоит из двух компонентов, описываемых экспоненциально спадающей функцией с различными средними энергиями. Оценка средней энергии горячих электронов (при энергии в импульсе 10 мДж и наносекундном контрасте 2,510-7) показала:

а. Средняя энергия горячих электронов фемтосекундной лазерной плазмы, измеренная с использованием одноквантовой методики регистрации рентгеновского излучения сцинтилляционным детектором, составила 55±12 кэВ при аппроксимации спектра рентгеновского излучения плазмы в диапазоне энергий квантов до 0,1 МэВ.

б. При измерении с использованием доработанного в диссертации двухдетекторного метода оценки средней энергии по одной реализации (диапазон регистрации рентгеновских квантов от 5 до 100 кэВ) средняя энергия горячих электронов составила 61±9 кэВ. Таким образом, доработанная методика позволяет проводить корректную оценку данного параметра в каждом лазерном импульсе и при используемых в данной работе интенсивностях.

в. При аппроксимации спектра рентгеновского излучения плазмы в диапазоне энергий квантов 0.1-1 МэВ (измерения в режиме одноквантовой регистрации сцинтилляционным детектором) средняя энергия горячих электронов фемтосекундной лазерной плазмы составила 139±12 кэВ. Данное значение средней энергии соответствует интенсивности лазерного излучения ~1018 Вт/смв рамкам модели ускорения электронов пондеромоторным потенциалом, и подтверждает достижение релятивистской интенсивности в фокусном пятне при пиковой мощности 0,2 ТВт.

4. Сравнительное исследование формирования горячих электронов при интенсивностях до 1017 Вт/см2 (энергия в импульсе до 2 мДж, фокусировка безаберрационным объективом) с использованием прозрачной мишени (кварцевое стекло) и поглощающей мишени (кремний) показали:

а. При интенсивности порядка 1017 Вт/см2 средняя энергия горячих электронов слабо зависит от направления линейной поляризации лазерного излучения и величины наносекундного контраста при частоте следования лазерных импульсов 1 и 10 Гц для обоих типов мишеней. Существенная разница в средней энергии горячих электронов для двух направлений линейной поляризации проявляется при интенсивностях ниже 51016 Вт/см2 для обоих типов мишеней.

б. В диапазоне интенсивностей 1015-1016 Вт/см2 при P-поляризованном лазерном излучении с наносекундным контрастом 2,510-7 зависимость средней энергии E горячих электронов от интенсивности I лазерного излучения описывается -160.30.E I16 2 для мишеней кремния и кварцевого стекла, что соответствует режиму резонансного поглощения. При дальнейшем росте интенсивности до 2х1017 Вт/см2 данная зависимость изменяется для обоих мишеней на 0.140.E I16 2.

в. При S-поляризации лазерного излучения регистрируемый экспериментально выход жесткого рентгеновского излучения наблюдается при интенсивности лазерного излучения свыше 3,61015 Вт/см2 для кремния и 1,41016 Вт/см2 для кварцевого стекла. В этом режиме взаимодействия зависимость средней энергии 0.от интенсивности описывается, как E I16 2 для обеих мишеней.

5. При интенсивности лазерного излучения 1017 Вт/см2 средняя энергия горячих электронов для мишени кремния уменьшается с понижением наносекундного контраста лазерного излучения от 14,21,1 кэВ до 9,70,8 кэВ при P-поляризованном излучении. Напротив, в случае мишени из кварцевого стекла наблюдается слабый рост средней энергии горячих электронов с понижением контраста лазерного излучения.

6. Обнаружен эффект двукратного увеличения средней энергии горячих электронов при ухудшении наносекундного контраста лазерного излучения от 2,510-7 до 210-3 и интенсивности основного импульса порядка 1018 Вт/см2.

Выявлены следующие важные особенности наблюдаемого эффекта:

а. Эффект является пороговым по интенсивности лазерного излучения. Он наблюдается при интенсивности 1018 Вт/см2, а с понижением интенсивности до 51017 Вт/см2 исчезает и средние энергии, оцененные при контрасте 210-3 и 2,510-7, сравниваются.

б. Увеличение интенсивности основного импульса свыше 1018Вт/см2 при контрасте 210-3 приводит к медленному росту средней энергии горячих электронов. Так, при интенсивности лазерного излучения 1,51018 Вт/см2 средняя энергия горячих электронов составила 29720 кэВ в диапазоне энергий 0,1-1 МэВ.

в. Эффект наблюдается при значениях наносекундного контраста лазерного излучения от 10-2 до 210-3 и с улучшением контраста до 210-5 исчезает.

7. В рамках одномерной гидродинамической модели проведено численное исследование динамики фемтосекундной лазерной плазмы, создаваемой излучением с интенсивностью порядка 1016 Вт/см2 при длительности импульса около 100 фс на поверхности мишеней алюминия и титана. Определены параметры задачи, при которых возможно получение спектрально яркой линии характеристического излучения иона плазма с определенной кратностью ионизации. Для эффективной генерации К-излучения предложено использовать два лазерных импульса с оптимальной временной задержкой. Получено, что:

-17а. Определены значения плотностей энергий и моменты времени, в которые число ионов с заданной кратностью ионизации максимально.

б. Показано, что максимальная яркость К-линии иона Al+9 может быть достигнута путем воздействия на алюминиевую мишень парой импульсов длительностью менее 100 фс каждый с взаимной задержкой в 1 пс, имеющих интенсивности в 1016 Вт/см2 и 1017 Вт/см2.

в. Показано, что при интенсивности первого импульса 51016 Вт/см2 и увеличении времени задержки между импульсами от 100 фс до 200 фс возможно осуществление перехода от максимальной яркости свечения иона титана Ti+15 к иону Ti+16, К-линия которых отстоит одна от другой на величину ~10 эВ.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ 1. В.В. Большаков, В.М. Гордиенко, А.Б. Савельев, О.В. Чутко “Возбуждение низколежащих ядерных состояний линейчатым излучением ионов фемтосекундной лазерной плазмы”//Письма в ЖЭТФ, 79, c.80-85 (2004).

2. В.В. Большаков, А.А. Воробьев, А.Б. Савельев, Р.В. Волков, Н.В. Еремин, А.А. Пасхалов “Эффективная генерация релятивистских электронов при воздействии на мишень последовательностью из двух фемтосекундных лазерных импульсов с наносекундной задержкой”//Письма в ЖЭТФ, 88, c.415420 (2008).

3. P.M. Mikheev, V.V. Bolshakov, O.V. Chutko, V.M. Gordienko,, A.B. Savel’ev, R.V. Volkov “Efficient pumping of nuclear transitions by hard x-ray pulses from femtosecond laser plasma interaction”//Book of Absrtacts 12th International laser physics workshop, Hamburg, Germany, August 25-29, p.77 (2003).

4. A.B. Savel’ev, V.V. Bolshakov, O.V. Chutko, D.M. Golishnikov V.M. Gordienko, P.M. Mikheev, D.S. Uryupina, R.V. Volkov “Efficient hard x-ray source using femtosecond plasma at solid and lquid target”// Abstracts of Ultrashort high energy radiation and matter, Villa Monastero, Varenna, Italy, October 7-10, p.36 (2003).

5. P.M. Mikheev, V.V. Bolshakov, O.V. Chutko, V.M. Gordienko, A.B. Savel'ev “Nuclear excitation by quasi-resonant X-ray line emission from femtosecond laser produced plasma”//Book of Abstracts of 13th International Laser Physics Workshop (LPHYS'04), Trieste, Italy, July 12-16, p.64 (2004).

6. A.B. Savelev, A.V. Andreev, V.V. Bolshakov, O.V. Chutko, V.M. Gordienko “Quasi resonant x-ray pumping of a few kev nuclear levels in an expanding laser plasma”//Abstracts of Frontiers of Nonlinear Physics, Nizhny Novgorod, Russia, July 5-12, p.123 (2004).

7. В.В. Большаков, О.В. Чутко “Генерация линейчатого рентгеновского излучения ионов фемтосекундной лазерной плазмы”// Сборник тезисов XII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по -18фундаментальным наукам “Ломоносов 2005”, Москва, 12-15 апреля, 1, p.(2005).

8. A.B. Savel'ev, V. Bolshakov, G. Golovin, I. Lachko, P. Mikheev, R.V. Volkov “Recent results on low energy nuclear excitation in femtosecond laser plasma interaction”//Program of 8th AFOSR Isomer Workshop, Nizhny Novgorod-Kazan, 30 June-3 July, p.86 (2006).

9. В.В. Большаков, Р.В. Волков, В.С. Князьков, А.А. Воробьев, Д.С. Урюпина, М.В. Курилова, Надер Моршедиан, А.Б. Савельев “Генерация рентгеновского излучения и ускорение ионов излучением тераватной фемтосекундной лазерной системы на Ti:Sa”//4ая международная конференция “Фундаментальные проблемы оптики” ФПО-2006, Санкт–Петербург, Россия, 16–20 октября (2006).

10. A.A. Vorobiev, M.Yu. Romanovsky, A.B. Savel’ev, R.V. Volkov, V.V. Bol’shakov, V.S. Knyazkov “Towards relativistic laser-plasma interaction using 0,5 TW Ti:Sa laser system”//5th Workshop “Complex Systems of Charged Particles and their Interaction with Electromagnetic Radiation”, Russia, Moscow (2007).

11. В.С. Князьков, В.В. Большаков, А.А. Воробьев “Получение субрелятивистской интенсивности с использованием тераваттной лазерной системы на основе Ti:Sa”//Сборник тезисов XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам “Ломоносов 2007”, Москва, 11-14 апреля, c.117 (2007).

12. V.V. Bolshakov, V.S. Knyazkov, A.B. Savel’ev, R.V. Volkov, A.A. Vorobiev “Hot Plasma Production by TW Femtosecond Ti:Sa Laser Radiation”//International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2007), Minsk, Belarus, I03/VI-6 (2007).

13. A.A. Vorobiev, M.Yu. Romanovsky, V.V. Bol’shakov, A.B. Savel’ev, R.V. Volkov, N.V. Eremin, A.A. Paskhalov, Ya.V. Bodrov "Laser plasma characterization at extreme intensities"//6th Workshop "Complex Systems of Charged Particles and their Interaction with Electromagnetic Radiation", Russia, Moscow (2008).

14. V.V. Bolshakov, A.B. Savel’ev, R.V. Volkov, A.A. Vorobiev, N.V. Eremin, A.A. Paskhalov, Ya.V. Bodrov “Nano-second contrast effect at femtosecond laserplasma interaction at relativistic intensities and below”//International conference “Laser Optics 2008”, St.Petersburg, Russia, WeR5-02 (2008).

-19

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»