多束激光球靶耦合中能量沉积的均匀性

采用Skupsky理论作为讨论能量沉积均匀问题的基础。把不均匀性σnms分解为两个因子的乘积：一个因子取决于激光系统的几何配置：另一个因子取决于单束激光形成的能量沉积分布。按照几何光学的光路方程，追踪激光在靶球等离子体中的轨迹，计算激光在光路轨迹上的能量沉积（通过逆韧致吸收机制），求得激光在靶球上能量沉积的空间分布，并在此基础上进行能量沉积的均匀性研究。     

空腔靶激光能量沉积的数值模拟

本文采用随机模拟方法和几何光学追踪方法。研究了不同条件下空腔靶中的激光传播光路:采用线性收缩假设,考虑了激光入射时注入孔的堵口问题 激光在等离子体中吸收的物理机制,包括了逆韧致吸收和共振吸收,还考虑了反向布里渊散射对吸收的影响。在此基础上,改变靶的不同尺寸,计算了不同激光入射条件下激光能量在腔内的沉积,并对一些计算结果进行了讨论     

吸气式激光推进中激光能量沉积过程的数值模拟

 结合辐射输运方程,在流体力学方程组的能量方程中加入包括空气吸收的激光能量以及高温气体向周围辐射损失的能量源项,转化为辐射流体力学方程组,建立了用于模拟吸气式激光推进中能量沉积过程的物理力学模型和计算方法。该辐射流体力学计算程序可以很好地模拟激光能量沉积过程中空气对激光能量的吸收、等离子体对激光的屏蔽作用以及激光维持的爆轰波的传播规律,计算得到激光能量的沉积效率约为57%,激光维持的爆轰波的传播速度与同等条件下的理论和实验结果吻合得较好。     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性,获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少,超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内,且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加,这主要是静电场的影响所致。     

激光脉冲能量对激光诱导Al等离子体辐射特征的影响

使用Nd：YAG激光器烧蚀金属Al靶获得等离子体,利用光谱时-空分辨技 术,在52 mJ～145 mL/pulse激光脉冲能量范围内,关于激光脉冲能量对激光诱导等离子体 辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气,压强为10 kPa。结果发现,激光脉冲能量 升高,引起特征谱线强度增加,连续谱强度也增加;但能量过高,会击穿周围气体,产生气 体微等离子体。此时,特征谱和连续谱几乎不再增强;最大特征辐射强度在145 mJ、10 kPa 、靶前0.1 mm处、延时180 ns获得;同一条件下获得最强背景连续谱,而信号-背景差是在 145 mJ、10 kPa、靶前1.0 mm处、延时450 ns达到最大值。基于Al等离子体不同激光脉冲能 量下的时间-空间分辨谱,对结果进行了简单的讨论。并分别确定了获得最大特征辐射和信 号-背景差的条件。     

靶与光斑尺寸对激光冲量影响的数值模拟

采用二维雷诺平均N-S方程,数值模拟研究了大气条件下短脉冲激光与固体靶相互作用所产生等离子体的动力学过程。采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解。数值模拟给出了激光引发靶蒸气等离子体侧向膨胀、稀疏等二维流体动力学过程的物理图像,讨论了靶与光斑尺寸对脉冲激光冲量的影响。结果表明,不同宽度固体靶受到的激光冲量有很大差异,固体靶宽度越大,受到的激光冲量也越大。     

激光等离子体能量角分布及吸收定标律

主要研究激光平面靶等离子体发射能量角分布及吸收定标律。实验利用高斯型1.06μm激光脉冲,其能量为2～50J,脉冲宽度为0.3～2.2ns,靶面平均辐照强度为1.8×1013～1.1x10~(15)W/cm~2,光束以25°角入射。实验采用了Au、Ag、Ti、Al和C_8H_8等厚靶。用等离子体卡计测量靶面吸收的激光能量。用指数函数拟合实验数据,给出了吸收效率分别作为激光强度、脉冲宽度和靶材料原子序数的函数的定标关系式。这些关系式定性地与逆轫致吸收的理论关系式相一致。     

利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的研究

提出了一种利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的物理方案.利用自相似方法研究了不同脉冲前沿的单飞秒激光辐照钛平板靶产生的类氖钛X射线激光等离子体的特性,得到了电子温度、电子密度和定标长度三者的定标律,讨论了给定输入参数下各定标律曲线的特性.研究表明,利用单个飞秒激光能够实现X射线激光的产生,而且脉冲前沿强度随时间增长平缓的飞秒激光有利于驱动X射线激光.本研究为实验上实现单飞秒激光脉冲驱动X射线激光提供了一种新的方案.     

飞秒激光-物质相互作用产生K_α X射线(英文)北大核心CSCD

用无色散X射线谱仪分别在靶前后测量了飞秒激光辐照铜箔产生的KαX射线,获得了能量转换效率。入射激光脉冲宽度33 fs,能量在50 mJ^5 J,强度1017~1019W/cm2。靶后发射的KαX射线强度随入射激光能量的增加而增加,其单色性较靶前好。采用100μm厚靶,其能量转换率为2.2×10-5。     

激光烧蚀金属元靶等离子体中电学信号的实验研究

将高功率脉冲激光作用于金属元靶,探测激光诱导等离子体在靶上产生的电学信号.研究了作用激光能量的差异对等离子体电信号的影响,实验结果表明随着激光能量的增加电信号脉冲幅度逐渐增大并趋于饱和.同时,将激光烧蚀过程中的靶材等效为瞬态电流源,初步建立了激光诱导等离子体等效电路模型,并将该模型应用于激光烧蚀金属靶,对靶上电信号的产生机制进行了详细讨论.     

超短脉冲激光在电介质材料中传输及破坏深度微观理论计算

基于Fokker-Planck方程和激光传输方程建立超短脉冲激光在电介质材料中的传输及材料破坏理论模型,计算材料内不同位置处导带电子数密度及激光电场强度随时间的变化,进而得到激光的反射率、透射率及沉积率随激光能量密度的变化特征.选取导带电子数密度阈值作为材料破坏的判断条件,计算了不同激光能量密度下的破坏深度,发现破坏深度随激光能量密度的变化曲线呈现先增长后减小,讨论了激光能量沉积特性对破坏深度的影响.计算最大破坏深度随激光脉宽的变化发现,激光脉宽越短则最大破坏深度越小. 关键词： 超短脉冲激光 电介质材料 破坏深度 微观理论模型     

ArF准分子激光系统的能量效率特性

为深入理解ArF准分子激光系统的运转机制,进而获得优化ArF准分子激光系统设计的理论及方向性指导,利用一维流体模型,以气体高压放电等离子体深紫外激光辐射过程为主要对象,研究了放电抽运ArF准分子激光系统的动力学特性,梳理了ArF准分子激光系统的能量传递过程,深入研究了等离子体放电机理,从能量沉积效率、ArF*粒子形成过程、激光输出三个方面,分析了动力学过程中影响能量效率的主要因素,提出了相应的改进优化措施.仿真结果表明,氟气及相关粒子在系统运转过程中有重要作用,工作气体中氟气的组分比例对能量效率影响较大,偏离最佳点会导致激光系统能量效率的下降.相关结论为ArF准分子激光系统的优化设计和稳定可靠运转提供了重要的理论参考依据.     

Investigation on femtosecond laser irradiation energy in inducing hydrophobic polymer surfaces

This study investigates the use of ultrashort femtosecond laser pulses to induce hydrophobic properties on PMMA surfaces. The modification of surface wetting property exhibits a strong dependence on the amount of energy deposited on the PMMA surface. A simple equation has been deduced from the laser parameters to express the energy deposition. It was revealed that water contact angle (WCA) of more than 120°, with a maximum of around 125°, could be achieved when the total energy deposited per unit area on the PMMA surface ranged from 600 J/cm² to 900 J/cm² at an energy deposition rate of around 50 J/cm²/s. Beyond this range, WCA reduced with increasing amount of energy deposition. Furthermore, with higher energy deposition rate or higher laser fluence, total energy required to induce hydrophobic surfaces was reduced. Under different energy deposition, the quantity of polar groups or non-polar groups induced was responsible for the changes in WCA and thus the different surface hydrophobicity.     

Tungsten ions produced by infrared pulsed laser irradiation

Energetic ions have been obtained irradiating a tungsten target with a Q-switched Nd:Yag laser, 1064?nm wavelength, 9?ns pulse width, 900?mJ maximum pulse energy and power density of the order of 10¹⁰?W/cm². The laser-target interaction induces a strong metal etching with production of plasma in front of the target. The plasma contains neutrals and ions with high charge state. Time-of-flight measurements are presented for qualitative analysis of the ion production. A cylindrical electrostatic ion analyzer permits measuring of the yield of emitted ions, the charge state of detected ions and the ion energy distribution. Measurements indicate that, at a laser fluence of the order of 100?J/cm², the charge state may reach 9+ and the ion energy reaches about 5?keV. The ion energy distribution is given as a function of the charge state. Experimental results indicate that an electrical field is developed along the normal to the plane of the target surface, which accelerates the ions up to high velocity. The ion velocity distributions follow a “shifted Maxwellian distribution”, which the author has corrected for the Coulomb interactions occurring inside the plasma.     

高重复频率激光能量沉积减小超声速波阻的数值研究

 采用数值模拟的方法研究了激光重复频率、点火位置及来流马赫数等参数对激光能量沉积减小超声速钝头体波阻的影响。数值模拟结果表明,由于激光能量的沉积产生的低密度区与弓形激波相互作用,在钝头体前形成了类似虚拟尖锥的回流区,使原弓形激波逐渐向阻力较小的斜激波转变。阻力随着频率的增加而减小,当频率增加到200 kHz时,阻力减小到约为原来的17%,能量效率的最大值出现在频率为50 kHz处。说明控制参数的选择对减阻性能起着关键的作用。     

电子束在激光气体中能量沉积的测量

介绍了在电子束泵浦的百焦耳级氯化氛和氨化氪准分子激光实验中，用压力法测量电子束在激光气体中的能量沉积，获得较满意的信号，并由此推得电子束在激光气体中的沉积效率、激光器本征效率和平均泵浦功率等重要参量，为激光器调试提供了有用的参考依据．     

Study of Nanocrystalline Diamond Film Deposited Rapidly by 500 W Excimer Laser

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍ,ｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓｌｏｔｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｓｉｚｅｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒ,ｈａｓｍｕｃｈｔｈｅｓａｍｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｓｄｉａｍｏｎｄｌｉｋｅｆｉｌｍｓ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｄｅｔｈｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｆｉｌｍｓｕｓｅｗｉｄｅｌｙｉｎｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓ,ｅ.ｇ.ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ,ｏｐｔｉｃｓａｎｄ…     

Study of Nanocrystalline Diamond Film Deposited Rapidly by 500 W Excimer Laser

High quality nanocrystalline diamond film deposited rapidly by an XeCl excimer laser operated at high laser power (500 W) and repetition rate (300～500 Hz) is presented. A high deposition rate, 250 nm/thousand pulses, was obtained. The effects of laser energy fluence and repetition rate on the deposition of diamond film were investigated.     

激光脉冲波形对烧蚀Si靶表面温度的影响

利用双温方程对激光烧蚀Si靶的过程进行了数值模拟,并结合合适的初始条件和边界条件,研究了在飞秒、皮秒激光作用下,脉冲波形(矩形、梯形、三角形和高斯形)对Si靶表面载流子和晶格温度分布的影响。结果表明:激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,矩形脉冲激光烧蚀Si靶表面载流子的峰值温度最高,而高斯分布的脉冲引起靶面载流子峰值温度最低。可见,激光脉冲波形对Si靶表面载流子的温度分布具有重要影响。所得结果可为制备高质量的薄膜提供理论依据。