本發(fā)明涉及激光等離子體，具體而言，涉及一種用于激發(fā)激光等離子體光源的激光參數(shù)確定方法。

背景技術(shù)：

1、激光燒蝕固體或液體靶生成的高溫激光等離子體通過熱輻射過程能夠產(chǎn)生覆蓋遠(yuǎn)紅外至x光波段的高亮度光源，其中錫激光等離子體線輻射的極紫外光源已經(jīng)應(yīng)用到極紫外光刻機(jī)和極紫外量檢測設(shè)備中，軟x射線波段的激光等離子體光源也應(yīng)用到激光聚變過程、材料沖擊過程的瞬態(tài)成像中。

2、已有研究發(fā)現(xiàn)激光光強(qiáng)、激光波長、激光焦斑大小、激光脈沖寬度等各種激光參數(shù)都會(huì)影響激光燒蝕固體或液體靶產(chǎn)生的等離子體光源的發(fā)光效率。

3、目前激光光強(qiáng)和激光波長參數(shù)選擇方法已基本清楚，但激光焦斑和激光脈沖寬度的選擇方法仍不清楚。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于激發(fā)激光等離子體光源的激光參數(shù)確定方法，能夠解決上述提到的至少一個(gè)技術(shù)問題。具體方案如下：

2、根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，提供了一種用于激發(fā)激光等離子體光源的激光參數(shù)確定方法，包括：

3、根據(jù)預(yù)激發(fā)的激光等離子體光源的波長確定產(chǎn)生所述激光等離子體光源的靶物質(zhì)；

4、根據(jù)所述激光等離子體光源的靶物質(zhì)確定產(chǎn)生的激光等離子體的電子溫度；

5、基于所述激光等離子體的電子溫度確定用于激發(fā)所述激光等離子體光源的激光參數(shù)，所述激光參數(shù)包括：激光波長、激光焦斑直徑以及激光脈沖寬度；

6、其中，基于所述激光波長確定所述激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度，使所述膨脹速度、激光脈沖寬度和激光焦斑直徑滿足關(guān)系式：

7、

8、其中， v為激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度；

9、 t?為激光的脈沖寬度；

10、 d?為激光的焦斑直徑。

11、優(yōu)選地，所述基于所述激光波長確定所述激光等離子體沿發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度，包括：

12、根據(jù)所述激光等離子體的電子溫度確定所述激光等離子體的離子聲速；所述電子溫度與所述離子聲速，滿足關(guān)系式：

13、

14、所述激光等離子體的離子聲速與所述激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度滿足關(guān)系式：

15、

16、其中，

17、 cs?為激光等離子體的離子聲速；

18、?為與激光波長有關(guān)的常量；

19、 te為所述電子溫度；

20、 m為靶物質(zhì)的原子質(zhì)量；

21、 z為所述靶物質(zhì)被加熱為等離子體時(shí)發(fā)光區(qū)離子的平均電離度。

22、優(yōu)選地，所述激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度的表達(dá)式：

23、

24、其中， x為激光等離子體發(fā)光區(qū)某個(gè)單元的空間位置， t為激光等離子體發(fā)光區(qū)的膨脹時(shí)間。

25、優(yōu)選地，所述激光等離子體發(fā)光區(qū)具有密度，所述激光等離子體發(fā)光區(qū)的密度表達(dá)式為：

26、

27、其中，為激光的臨界電子密度，單位是cm-3；

28、為激光的波長，單位是μm；

29、為在 x位置的激光等離子體發(fā)光區(qū)單元在 t時(shí)刻的電子密度。

30、優(yōu)選地，激光等離子體預(yù)激發(fā)波長為13.5nm。

31、優(yōu)選地，激光波長為1064nm；所述離子聲速、激光脈沖寬度和激光焦斑直徑滿足關(guān)系式：

32、

33、優(yōu)選地，所述激光波長為10μm；所述離子聲速、激光脈沖寬度和激光焦斑直徑滿足關(guān)系式：

34、

35、優(yōu)選地，參數(shù)還包括：激光光強(qiáng)，所述激光光強(qiáng)隨著所述激光波長的增大而減小。

36、優(yōu)選地，激光等離子體的靶物質(zhì)為錫。

37、優(yōu)選地，激光等離子體的離子聲速為15μm/ns。

38、本發(fā)明公開的實(shí)施例上述方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果：

39、本發(fā)明通過公開最佳激光焦斑和激光脈沖寬度關(guān)系的表達(dá)式，使?jié)M足數(shù)值關(guān)系時(shí)激光等離子體光源的發(fā)光效率最大。

技術(shù)特征：

1.一種用于激發(fā)激光等離子體光源的激光參數(shù)確定方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述激光波長確定所述激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度的表達(dá)式：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光等離子體發(fā)光區(qū)具有密度，所述激光等離子體發(fā)光區(qū)的密度表達(dá)式為：,

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光等離子體預(yù)激發(fā)波長為13.5nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述激光波長為1064nm；所述離子聲速、激光脈沖寬度和激光焦斑直徑滿足關(guān)系式：

7.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述激光波長為10μm；所述離子聲速、激光脈沖寬度和激光焦斑直徑滿足關(guān)系式：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)還包括：激光光強(qiáng)，所述激光光強(qiáng)隨著所述激光波長的增大而減小。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光等離子體的靶物質(zhì)為錫。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光等離子體的離子聲速為15μm/ns。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光等離子體技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提供了一種用于激發(fā)激光等離子體光源的激光參數(shù)確定方法，包括：根據(jù)激光等離子體預(yù)激發(fā)波長確定激發(fā)所述激光等離子體的靶物質(zhì)；根據(jù)所述激光等離子體的靶物質(zhì)確定所述激光等離子體的電子溫度；基于所述激光等離子體的電子溫度確定所述激光等離子體光源的參數(shù)，所述參數(shù)包括：激光波長、激光焦斑直徑以及激光脈沖寬度；其中，基于所述激光波長確定所述激光等離子體發(fā)光區(qū)沿靶法向的膨脹速度V，使所述膨脹速度V、激光脈沖寬度T和激光焦斑直徑D滿足關(guān)系式：。本發(fā)明通過公開最佳激光焦斑和激光脈沖寬度關(guān)系的表達(dá)式，使?jié)M足數(shù)值關(guān)系時(shí)激光等離子體光源的發(fā)光效率最大。

技術(shù)研發(fā)人員：胡廣月
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19