等离子体状态是决定极紫外光源功率和转换效率的最重要因素之一, 理论和实验研究上Xe气流量对放电等离子体极紫外光源辐射谱和等离子体状态的影响, 对于优化光源工作条件具有重要的意义。 理论上, 采用碰撞-辐射模型, 模拟了非局部热力学平衡条件下, 不同电离度的离子丰度分布随电子温度和离子密度的变化。 推导了Xe8+~Xe11+离子4d-5p跃迁谱线强度随电子温度的变化趋势。 实验上, 采用毛细管放电机制, 利用罗兰圆谱仪测量和分析了不同等离子体密度条件下, 放电等离子体极紫外光谱的变化, 分析了Xe气流量对等离子体状态的影响。 理论和实验结果表明: 相同的电流条件下, 等离子体箍缩时的平均电子温度随着Xe气流量的增加而降低。 对于4d-5p跃迁, 低电离度离子与高电离度离子谱线强度的比值随着温度的增加而减少。 电流28 kA、 Xe气流量0.4 sccm(cm3·min-1)时, 等离子体Z 箍缩平均电子温度位于29 eV附近。 Xe气流量增加时, 受离子密度和最佳电子温度的影响, 实现Xe10+离子4d-5p跃迁13.5 nm(2%带宽)辐射谱线强度最优化的Xe气流量位于0.3~0.4 sccm之间。

研究了不同条件下脉冲放电CO2激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱, 得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。 实验结果发现: 入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时, 极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ, 当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率, 此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。 激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm, 光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后, 由于激光功率密度的提高, 极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。 极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收, 而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时, 仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号, 计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1, 而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。