2-29 毛细管放电碰撞激发46.9nm激光线的研究

蓝 可 张毓泉

　　毛细管放电泵浦X光激光机制技术简单、费用低，容易做到高重复频率，是获得小型化高效率软X光激光的一条有效途径。利用一维磁流体力学与全时间相关部分细致组态的速率方程组的耦合程序，通过数值模拟对毛细管放电的物理过程和碰撞激发类Ne-Ar离子46.9nm激光线的增益特性进行研究，探索获得饱和增益的途径，为我国实验研究提供理论依据。数值模拟中，取毛细管的半径为2mm，管内Ar气初始压强为93.3Pa ，电流峰值为40kA，电流半周期为60ns，考虑管壁材料的烧蚀、汽化与电离。

　　模拟结果表明，毛细管中Ar等离子体被箍缩的时间行为（图1）、增益区中电子温度、电子密度以及增益区的位置、增益的大小（模拟得到的峰值增益» 1.9cm^-1，考虑到折射效应后，应与实验测得的有效增益相吻合）和维持时间（图2）等量的数值计算结果均与实验结果一致。

　　进一步地对增益的时间与空间特性作了讨论。46.9nm激光线的增益产生于等离子体被最大压缩(t=t_p)之前，这时等离子体处于电离过程之中，远离稳态。设峰值增益在t_g时刻产生于拉氏点k_g上，研究表明t_g之前拉氏点k_g上增益小的原因主要在于类Ne离子碰撞激发速率慢(2´ 10⁸/s)，时间短则激发不够，故激光上能级布居小；t_g之后拉氏点k_g上增益变小的原因主要在于等离子体过电离，类Ne离子丰度下降，从而对激光上能级布居减小。同样地，k_g以内拉氏点上增益小的原因在于过电离，而外面的在于激发不够。

　　研究结果还表明电子碰撞激发、退激发及碰撞电离等等原子过程是影响轴心附近电子温度的重要因素，因而共振线的捕获效应会较大地影响t_p及t_p时Ar等离子体的半径，从而影响t_p时的离子温度、电子密度以及增益的时空分布。