对激光诱导等离子体参数进行诊断有多种方法, 其中采用发射光谱法对其诊断是一种重要的方法。 文中采用Nd∶YAG固态激光器, 输出波长1 064 nm红外激光与铝合金样品相互作用, 深入研究了铝合金等离子体产生早期(<1 μs)谱线轮廓、 谱线强度、 线背比、 谱线半峰宽及位移等随时间演变规律。 研究表明, 激光与物质相互作用早期, 电子数密度非常大, 电子与离子及原子之间的相互作用非常强烈, 谱线的Stark展宽效应非常明显, 导致多重谱线重叠在一起, 随时间演变, 电子数密度及电子温度的降低, 多重谱线的半峰宽越来越窄且谱线轮廓对称性越来越好。 MgⅠ285212 6 nm谱线强度早期逐渐增强, 大约100 ns左右谱线强度达到最大值, 然后谱线强度呈逐渐减小的趋势, 这是由于等离子体产生早期, 电子及离子占主导地位, 故早期原子谱线强度较弱, 随时间演变, 电子与离子之间的复合, 原子数密度逐渐增加, 故原子谱线逐渐增强, 达到最大值之后, 由于等离子体激发温度的降低, 故谱线强度逐渐减弱。 以NIST波长位置为参考, 等离子体产生的早期谱线发生了红移, 连续背景强度随时间演变呈幂函数形式急剧递减, 与之相反, 谱线的连续背景强度与谱线强度相比, 连续背景衰减的速度更为迅速, 故导致谱线信背比随时间演变呈增大趋势, 本研究对等离子体早期这些现象从理论角度进行了深入探讨。

This paper explores the parameter measurement in laser produced plasma by X-ray line profile spectrscopy. The experiment was conducted on the SG-II laser facility. A 0.35 μm laser beam was focused on a solid chlorine (Cl) target in a vacuum chamber to produce a laser chlorine plasma and the high resolution X-ray elliptical bent crystal spectrograph was used to obtain the X-ray fine structure energy spectrum of the chlorine plasma radiation. The line integrated intensity ratio between H-like Cl (1s-3p) (Lyman-) and He-like Cl (1s2-1s3p) (He-) transitions was used for calculation of the electron temperature. By assuming optically thin, the Lyman-stark broadened profile was utilized to measure the electron density. Obtained experimental results show that the volume averaged electron temperature of Te is about 450 eV and the electron density of Ne is approximately 7.5×1022 cm-3. In addition, the line Full Width at Half Maximum (FWHM) was analyzed. The uncertainty in Ne due to uncertainties in the temperature and the assumed background level was also simply discussed and it is estimated to be within 25%. As a result, the experimental spectroscopic method may become a reference for diagnosing future higher-compression implosions.

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上, 将 0.35 μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体, 利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度; 然后在假定光性为薄的情况下, 利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450 eV, 电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差, 初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。

利用积分时间分辨荧光光谱方法, 研究了RbH(X 1Σ＋, ｖ＝0～2)与H2间的振动碰撞能量转移。 在Rb-H2混合样品池中, 泵浦激光双光子激发Rb原子至6D态, Rb(6D)与H2反应生成RbH(X 1Σ＋)分子, 探测激光延迟泵浦激光20 ns, 通过激光感应荧光光谱(LIF)的测量, 确定了X 1Σ＋(ｖ＝0～2, J)原生态的转动布居分布。 增加检测激光与泵浦激光的延迟时间, 测量了0～10 μs延迟时间内各振动态时间分辨LIF强度, v=0, 1能级荧光信号先增加后缓慢减弱, 这是因为RbH在瞬间形成后通过碰撞转移和扩散而减少所致。 通过速率方程分析, 并利用振动能级上布居数变化与积分时间分辨荧光强度的关系, 得到ｖ＝１→ｖ＝０和ｖ＝２→ｖ＝１的碰撞转移速率系数分别为(2.8±0.6)×10-11 cm3·s-1和(3.4±0.8)×10-11 cm3·s-1。 而v=0, 1, 2的扩散率分别为(4.9±1.1)×105, (1.0±0.3)×105, (0.6±0.2)×105 s-1。 实验表明, v=2能级上布居数衰减率最大。