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飞秒激光场中气体介质的飞行时间质谱和软X射线谱测量

陈辉  
【摘要】: 随着超短脉冲强激光技术的发展,激光与气体、固体、团簇和微液滴相互作用产生了许多用微扰理论无法解释的新现象,成为强场物理研究的一个热点。 本文设计了一个多功能靶室系统,可以同时进行超短脉冲强激光场作用下的气体原子、分子电离(飞行时间质谱/电子能谱)和软X射线光谱研究工作。论文工作主要是利用美国光谱物理公司生产的重复频率10Hz、单级放大单脉冲能量12mJ、脉宽100fs的Ti:sapphire激光系统,对超短脉冲强激光场中的气体介质的电离进行研究;搭建了一台软X射线平焦场光栅光谱仪,完成了谱仪的测试与标定工作。 靶室系统设计结构上由大小两个靶室构成,功能上由飞行时间质谱和光电子能谱系统、软X射线平场谱仪以及其它组件构成。用此系统可进行超短脉冲强激光与多种状态物质相互作用的实验,可测量强场电离产生的离子和光电子的动力学数据、光电子的空间分布和相对于激光偏振方向的角分布,还可探测软X射线和高次谐波。 根据实验室的工作条件,按入射距离为1140mm对软X射线谱仪的各个参数进行了计算,并利用He空心阴极灯的特征谱线对谱仪进行了标定。发现狭缝宽度为120μm,CCD游标读数为8.4mm时的测量范围为14.72~36.15nm,测得30.38nm的特征谱线宽度为0.054mm,在30nm附近分辨率优于0.001。为以后进一步开展X射线谱的测谱工作打下了基础。 利用飞行时间质谱仪研究了Kr、N_2及CO_2在水平偏振飞秒强激光场作用下发生的电离和库仑爆炸过程,激光功率密度为2×10~(15) W/cm~2。观察到了Kr~+,Kr~(2+)和Kr~(4+)离子;N~+,N~(2+)的谱峰发生了分裂,即发生了库仑爆炸,经判断,N~+主要来源于爆炸通道:N_2~(3+)→N~+N~(2+);在CO_2实验中观察到了C~(2+),O~(2+),C~+,O~+,CO~+和CO_2~+。


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1 陈辉;飞秒激光场中气体介质的飞行时间质谱和软X射线谱测量[D];哈尔滨工业大学;2007年
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