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基于靶探针法的激光等离子体弱荷电效应的研究

纪运景

   强激光与物质相互作用过程中表现出来的电学效应包含了激光等离子体演变过程丰富的特征信息,对这种电学效应进行测试和分析已经逐渐发展成为研究激光等离子体特性参数的重要手段之一。本文针对1064nm波长、功率密度约10~10W/cm~2的脉冲激光与金属靶作用过程中等离子体的弱荷电效应,从理论和实验两个方面进行了深入系统的研究,初步建立了一个弱荷电球为基础的激光等离子体扩散模型。 论文根据对点源激光等离子体冲击波演化过程中能量分布特征的分析,提出了激光等离子体形成初期具有内部荷电储能的新观点,这种微弱荷电效应源于脉冲激光烧蚀靶材期间少量高速电子的逃逸,从而构成了初期的弱荷电等离子体球。从高温高压激光等离子体荷电量少、膨胀迅速的基本特征出发,详细分析荷电等离子体演变过程中的电学特性,以及对外表现出来的电学效应,同时深入研究了金属靶与荷电等离子体之间的相互作用机理,以激光作用过程和等离子体膨胀过程的时间特征为基础,建立激光等离子体荷电效应等效电流源模型。 通过对等效电流源演变对金属靶电势信号影响的分析,将等离子体荷电接触效应、等离子体扩散机制、电场感应机制、净余电荷转移机制,与激光参数、材料特性等参数进行综合性分析,提出“靶探针”测试激光等离子体荷电的新方法,建立了测试信号分析模型。并设计了激光等离子体弱荷电效应的“靶探针”测试装置,对自由靶、控制靶两种情况下的靶电势信号演变规律进行了一系列实验,研究激光作用能量、靶材特性参数、偏置电压等因素对激光等离子体微弱荷电效应的影响。实验研究结果表明,本论文建立的激光等离子体弱荷电效应模型与靶电势信号的演变规律完全吻合。该实验装置还能够对激光等离子体中存在的净余电荷量进行了估测。 本论文的研究成果提供了一种新的激光等离子体电学效应的测试方法,丰富了激光等离子体理论与实验基础,为激光等离子体诊断提供了很有价值的参考。……   
[关键词]:激光等离子体;弱荷电效应;净余电荷;靶探针;测试方法
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京理工大学2009年