利用x射线激光干涉诊断等离子体电子密度

x射线激光探针干涉方法是诊断高温高密度激光等离子体电子密度等信息的重要工具.利用神光Ⅱ装置输出激光驱动的类镍-银x射线激光作为探针，成功地进行了马赫-曾德尔干涉法诊断实验，获得了清晰的包含等离子体信息的动态干涉条纹图像，并据此给出了待测C8H8等离子体临界面附近电子密度的空间分布. 关键词： 等离子体电子密度诊断 x射线激光 马赫-曾德尔干涉仪     

利用H_β线的Stark加宽计算激光诱导Cu等离子体的电子密度

在潮湿空气中,用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.06 μm激光烧蚀金属Cu靶产生等离子体,并观测了其空间分辨的发射光谱.依据光谱线波长、相对强度等参数估算了沿靶面法线不同位置等离子体的电子温度.在此基础上,由H_β线的Stark加宽、分别用三种方法计算得到等离子体的电子密度.讨论了电子温度和电子密度沿靶面法线的空间分布特征.结果分析表明:利用环境气体的谱线测量复杂元素等离子体电子密度的方法是可行的.在距离靶面1.0 mm的空间位置附近电子温度骤然降低、电子密度具有最大值的现象可以从激光诱导等离子体产生机制的角度得到定性解释.     

干涉法诊断由纳秒激光诱导产生的大气等离子体的电子密度

通过改进的马赫-曾德尔干涉仪获得了高质量的Nd:YAG激光诱导大气等离子体干涉条纹图.利用快速傅里叶变换（FFT）分析法恢复了干涉图波面,通过Abel逆变换进行密度反演,重建了不同时刻激光等离子体电子密度的三维分布,并得到了激光等离子体膨胀速度与延迟时间的关系.结果显示,纳秒激光诱导大气击穿形成的等离子体具有等离子体通道结构,等离子体膨胀速度的迅速衰减,对等离子体通道的塌陷起到了促进作用,等离子体形状的离心率在大约48 ns时达到最大值,然后开始向圆形演变. 关键词： 激光等离子体电子密度 干涉测量 Abel逆变换     

双极化频率调制微波反射计在J-TEXT托卡马克上的应用

等离子体中电子密度分布是研究等离子体物理的基础诊断之一.为了测量J-TEXT中电子密度分布,我们在J-TEXT实验装置上搭建了一套频率调制反射计.该反射计工作在Q波段与V波段,为了增加反射计密度测量范围,采用了双极化的设计,即能够同时测量寻常波模式与非寻常波模式.得益于双极化的设计,该反射计测量的电子密度范围为0—6.0×1019m-3,能够覆盖J-TEXT托卡马克的低场侧全部范围.频率调制反射计的时间分辨取决于微波系统扫描周期,由于采用了扫频速率更快的扫频固态源,整个频率扫描周期可以达到40μs.要获得完整的电子密度分布,必须先利用中频频率的跳变计算出密度零点的位置,然后使用两种极化模式的数据反演得到完整的电子密度剖面.同时,在实验中还观察到在非寻常波模式下低于右旋截止频率的微波在等离子体中也能够传播.     

对飞秒激光等离子体相互作用中横向箍缩的观察

用飞秒激光的Normaski偏振干涉法,对超短激光脉冲产生的等离子体膨胀过程进行了光学诊断,得到了有时间分辨的等离子体干涉图.发现飞秒激光等离子体在靶面平行的方向上出现了箍缩,使等离子体膨胀呈jet结构,这种箍缩现象是由自生磁场对等离子体的约束所造成. 关键词： 飞秒激光等离子体 光学诊断 电子密度分布     

激光诱导等离子体中Al原子发射光谱的时间、空间演化特性实验研究

实验测定了激光诱导Al等离子体中390.068,394.4,396.152,466.3056 nm等谱线的时间、空间分辨特性,由发射光谱线的强度和Stark展宽计算了 Al等离子体中的电子密度,并由实验结果讨论了电子密度的时间空间演化特性.实验结果表明,当延时在100～1500 ns变化时,等离子体巾的电子密度变化范围为0.02×1017～1.4×1017cm-3,在沿激光束方向上,当距离靶表面0～1.8 mm范围内变化时,相应的电子密度范围为0.28x1017～0.95×1017cm-3,等离子体电子密度在沿激光束方向上具有很好的对称性.     

测量托卡马克装置等离子体电子密度分布的远红外HCN激光干涉仪

本文介绍了用电磁波干涉的方法测量等离子体电子密度的原理、七道远红外HON激光干涉仪的结构及其在HT-6M托卡马克(TOKAMAK)装置上的测量结果.干涉仪的光源县一台腔长3.4m的连续辉光放电的HCN激光器,波长337μm;输出功率约100mW.干涉仪可以给出七道弦上的平均电子密度,最小可测相移为115条纹,时间分辨为0.1ms.也可以由七道弦上相移的线积分值通过非对称的Abel变换给出不同时刻的电子密度的空间分布或时-空分布的三维图形.     

THz电磁波在时变非磁化等离子体中的传播特性研究

本文建立了时变非磁化等离子体平板的一维模型,并采用时域有限差分(FDTD)方法对太赫兹(THz)电磁波在时变等离子体中传播时的反射、透射系数及吸收率进行了计算.然后根据计算结果分析了时变等离子体的上升时间、电子密度、温度以及等离子体平板厚度等参数对不同频段THz波在等离子体中传播特性的影响.分析结果表明:THz波在时变等离子体中传播时,其反射系数受等离子体电子密度和上升时间的影响较大;而吸收率则随着上升时间的减小、电子密度及平板厚度的增加而增大;此外,THz电磁波能够穿透量级为1020m-3的高密度等离子体层,可以作为再入段飞行器通信以及高密度等离子体诊断的理想工具.     

太赫兹波在飞行器等离子体鞘套中的传输特性

针对临近空间飞行器的黑障问题,根据模拟的RAM C-Ⅲ飞行器周围的流场分布结果,计算了等离子体电子密度和碰撞频率,并根据其分布建立了非均匀的等离子体模型。在此基础上,利用散射矩阵方法分析了太赫兹波在等离子体中的传输特性随着等离子体密度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率的变化以及外加磁场对传输特性的影响。结果表明,太赫兹波的传输损耗随着等离子体电子密度和等离子体厚度的增加而增加,而碰撞频率的增加会使得透射率先减小后增加。在外加磁场的作用下,左旋太赫兹波的传输特性会得到改善;而对于右旋太赫兹波,磁场的施加会引入吸收峰,并且随着磁感应强度的增加向高频方向移动。     

低混杂波驱动电流对等离子体电导率的影响

本文考虑了波驱动通量对磁场位形以及电子密度和温度的空间分布的依赖,应用伴随关系,计算了低混杂波驱动的等离子体电导率的空间分布。结果表明,注入功率谱对电导率空间分布的影响相当敏感,等离子体环外侧的电导率略高于内侧的电导率。但是不论在外侧或内侧,随着离子电荷数增大,波驱动的等离子体电导率降低,而它与斯必泽-亥姆电导率之比却增大。     

二次曝光全息术对微波等离子体推进器羽流的诊断及计算机模拟

二次曝光全息术是诊断等离子体电子数密度的一个有效测量方法,具有非接触式测量及不受等离子体发光干扰等优点.根据阿贝尔变换公式,通过计算机应用matlab程序数值模拟了各种不同电子数密度状态下的等离子体干涉图.同时拍摄了航天器中微波等离子体推进器羽流的二次曝光全息图,再现了不同状态下的干涉图样.通过分析和对比两次干涉图,得出了羽流的电子数密度.     

Interferometric measurement for the plasma produced by a Q-switched laser in air near the surface of an Al target

An analysis the plasma produced by a Q-switched laser in air near the surface of an Al target and a series of M-Z interferograms for the production and growth of the plasma for different delay time are reported. The causes of optical breakdown and calculated the electron density distribution in the plasma is also discussed.     

Investigation of 1.06 μm laser induced plasma in air using optical interferometry

The laser produced plasma in air by Q-switch Nd:YAG pulses with 50 mJ and 7 ns was analyzed using Mach-Zehnder interferometer. The interferograms were taken at various delay times after single pulses induced gas breakdown. The 3D electron density distribution at early times of the plasma is investigated. To determine the 3D electron density distribution of the plasma, the FFT analysis is applied to extract the phase of the reconstructed interferograms and the numerical inverse Abel transformation is used to calculate the refractive index. The results provide an understanding of the electron density temporal and spatial evolution of laser induced plasma in air from 18 ns and up to 100 ns of plasma lifetime.     

空气开关等离子体干涉条纹图像的处理

利用Mach-Zehnder干涉仪测量了空气开关中等离子体电子密度分布,使用高速分幅相机拍摄记录不同时延下的干涉条纹图像。针对实验获得的干涉条纹图像的特点,提出了一种首先进行频域FFT滤波去噪,然后进行空域二值化、细化的处理方法。该方法能够很好的消除图像噪声的影响,提取出单像素的亮条纹中心线,从而能够准确读取条纹坐标信息,再通过对干涉条纹偏移量进行Abel逆变换,得到等离子体电子密度分布。     

以巨脉冲红宝石激光为光源的Mach-Zehnder干涉仪应用于θ收缩等离子体的研究

本文应用巨脉冲红宝石激光为光源的Mach-Zehnder干涉仪,研究了23kJ(千焦耳)“θ收缩”(θ-pinch)等离子体的电子密度、形状和不稳定性。从轴向干涉图的照片获得45至120mTorr(毫乇)氘气压范围的二维电子密度分布和电子密度的峰值在6×10¹⁶—2.3×10¹⁷cm^-3范围。等离子体最大收缩出现在主压缩磁场的第一个半周期的1/3附近,在等离子体的最大收缩附近的特征约束时间(粒子数衰减1/e的时间)为1.8—4.3μs,具有负偏磁场的干涉图显示在等离子体中捕获了偏磁场。从这些干涉图的照片上还看到等离子体在主压缩磁场和等离子体捕获场之间作径向磁流体振荡。干涉图照片还表明,在45至80mTorr氘气压范围内,等离子体在主压缩磁场的第一个半周期内基本上都是稳定的。     

用马赫贞德干涉仪测量喷气式Z箍缩等离子体密度

 为了研究喷气式Z箍缩（gas-puff Z-pinch）等离子体的内爆特性，研制了一套马赫-贞德干涉系统，并在小型喷气式Z箍缩装置(充电电压23kV,放电峰值电流210kA)上进行了试验，获得了清晰的干涉图像。根据干涉图上条纹的移动数目，计算得到该装置内爆早期等离子体的平均电子密度为10¹⁷~10¹⁸/cm³。     

两级喇曼压缩系统配偏振干涉仪诊断等离子体电子密度

 在星光Ⅱ铷玻璃激光装置上,采用两级喇曼压缩系统产生的波长为308 nm的紫外光作为探针束,配合Nomarski偏振干涉仪对金平面靶冕区激光等离子体进行诊断。308 nm光具有波长短、亮度高、脉冲时间短、相干性好的优点,作为探针束诊断冕区产生的等离子体电子密度,可以与高功率激光装置打靶激光同步,实现有效地脉冲压缩,同时避免等离子体中谐波分量的干扰。实验获得了308 nm紫外探针光偏振干涉条纹图,在研究Abel反演算法的基础上,利用自行研制的基于Windows操作系统的实验数据处理软件,对实验数据进行了处理和分析,得到了冕区等离子体电子密度的空间分布。结果表明：两级喇曼压缩系统配偏振干涉能有效抑制主束谐波影响,以更高时间分辨测量等离子体的更高密度区域。     

激光诱导Ni 等离子体电子温度、电子密度的时间演化特性研究

本文在350～600 nm波长范围内测定了激光烧蚀Ni等离子体中Ni原子的时间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和Stark展宽分别计算了等离子体电子温度和电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子温度、电子密度的时间演化特性.     

Studies of high-repetition-rate laser plasma EUV sources from droplet targets

The water droplet laser plasma source has been shown to have many attractive features as a continuous, almost debris-free source for extreme ultraviolet (EUV) and X-ray applications. Through a dual experimental and theoretical study, we analyze the interaction physics between the laser light and the target. The hydrodynamic laser plasma simulation code, Medusa103 is used to model the electron density distribution for comparison to electron density distributions obtained through Abel inversion of plasma interferograms. In addition, flat field EUV spectra are compared to synthetic spectra calculated with the atomic physics code RATION. Received: 31 October 2002 / Accepted: 8 February 2003 / Published online: 28 May 2003 RID="*" ID="*"Present address: Naval Reseach Laboratory, Washington D.C. RID="**" ID="**"Present address: Xtreme Technologies, G?ttingen, Germany. RID="***" ID="***"Corresponding author. Fax: +1-407/823-3570, E-mail: mrichard@mail.ucf.edu