Экспериментальные исследования неидеальной плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

СИТНИКОВ Дмитрий Сергеевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕИДЕАЛЬНОЙ ПЛАЗМЫ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ

ИМПУЛЬСОВ

Специальность 01 04 08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

□□3168922

Москва-2008

003168922

Работа выполнена в Объединенном институте высоких температур РАН

Научный руководитель

доктор физико-математических наук М Б Агранат

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

И К Красюк,

кандидат физико-математических наук ИВ Морозов

Ведущая организация

Институт Спектроскопии РАН

Защита состоится «СУ» имямя 2008 г в (( ч Одмин на заседании диссертационного совета Д 002 110 02 в Объединенном институте высоких температур Российской академии наук по адресу 125412, Москва, ул Ижорская, 13 стр 2, Экспозиционный зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН

Ваш отзыв на автореферат в 2-х экз, заверенный печатью организации, просим выслать по адресу 125412, Москва, ул Ижорская, 13 стр 2, ОИВТ РАН, ученому секретарю диссертационного совета Д 002 110 02

Телефон для справок (495) 485-79-77

Автореферат разослан « 23 » 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета Доктор физико-математических наук

© Объединенный институт высоких температур РАН, 2008

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

При взаимодействии мощных (10,4</< 10,7Вт/см2) фемтосекундных лазерных импульсов с твердотельной мишенью на поверхности образуется неидеальная плазма с плотностью близкой к твердотельной, высокой кратностью ионизации и температурой ~ 10 - 103 эВ Такая плазма является сложным объектом для теоретического исследования, так как сильное межчастичное взаимодействие затрудняет применение традиционных методов теоретической физики Прогресс в понимании (и описании) физики неидеальной плазмы стал возможен лишь после появления результатов экспериментальных исследований

Наиболее актуальными в настоящее время являются исследования, проводимые с помощью методик, основанных на измерении интенсивности отраженной зондирующей электромагнитной волны Полученные результаты позволят определять параметры (оптические свойства и коэффициенты переноса) нестационарной и неоднородной плазмы в условиях неразвитого гидродинамического движения ионов в субпикосекундном временном интервале

Одним из применений фемтосекундной лазерной плазмы является использование рентгеновского характеристического излучения субпикосекундной длительности при исследовании таких фундаментальных процессов как фазовые переходы, изменение колебательных и вращательных состояний в кристаллической решетке, разрушение и образование химических связей, т е процессов происходящих на временных интервалах от нескольких фемтосекунд до пикосекунд Генерация характеристического излучения обусловлена возникновением в плазме быстрых электронов (с энергиями ~10-102кэВ), эффективность создания которых зависит от градиента электронной плотности плазмы и параметров лазерного импульса (длины волны и контраста в наносекундном временном диапазоне) Поэтому изучение механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности твердотельных мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /> 1016 Вт/см2 инфракрасного диапазона спектра излучения с контрастом в наносекундном диапазоне > 106, имеет фундаментальное значение и является актуальным в настоящее время

Цели диссертационной работы

Целью работы является исследование свойств лазерной плазмы, образующейся на поверхности металлов при воздействии фемтосекундных

лазерных импульсов инфракрасного диапазона спектра излучения с интенсивностью — 1013 — 1017 Вт/см2

Для достижения поставленной цели работы должны быть решены следующие задачи

Исследование эффективности генерации характеристического излучения и механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся при воздействии на металлические мишени фемтосекундных лазерных импульсов

- Разработка методики интерференционной микроскопии с Фурье-обработкой интерферограмм для измерения комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов на металлические мишени Исследование динамики изменения комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней в результате воздействия фемтосекундных лазерных импульсов

Научная новизна работы

1 Для исследования механизмов генерации быстрых электронов в плазме, образующейся при воздействии интенсивных лазерных импульсов (/~10|6-1017 Вт/см2) на металлические мишени, использовались инфракрасные фемтосекундные лазерные импульсы с контрастом по интенсивности в наносекундном временном диапазоне ~ 107

2 Для исследования оптических свойств неидеальной плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней, впервые применена методика фемтосекундной Фурье-интерферометрии

3 Получены экспериментальные данные о динамике изменения комплексного коэффициента отражения неидеальной плазмы, образующейся на поверхности мишеней А1, Аи, Ag при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~ 1014 Вт/см2 с помощью методики интерференционной микроскопии

4 Получены экспериментальные данные о величине гидродинамического расширения плазмы в момент воздействия максимума интенсивности (7~ 1016 Вт/см2) высококонтрастного 107 в наносекундном временном диапазоне) нагревающего лазерного импульса на мишень Ре

Практическая ценность

Результаты исследования процессов генерации быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов, могут быть использованы

при разработке и создании источников рентгеновского излучения субпикосекундной длительности, Кроме того, высокие температуры плазмы (~ 106- 107К) и давления (~ 0 01-1 Гбар), создаваемые в ней, позволяют исследовать и моделировать процессы, происходящие в недрах звезд и планет

Положения, выносимые на защиту

1 Квантовый выход характеристического Ко излучения плазмы, образующейся при воздействии на массивные металлические мишени фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~ 1017 Вт/см2 инфракрасного диапазона спектра с контрастом в наносекундном диапазоне ~ 107, составил 2,1 108[фотон/ср импульс], меди 3,3 108[фотон/ср импульс]

2 Экспериментально показано, что при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов инфракрасного диапазона спектра с контрастом по интенсивности ~ 107 на металлические мишень Бе с интенсивностью до 1016Вт/см2 характерный размер предплазмы, образующейся на поверхности мишени до воздействия максимума интенсивности нагревающего импульса не превышает величины ~ 30 нм

3 Разработана методика интерференционной микроскопии с фемтосекундным временным разрешением (~100фс) для исследования оптических свойств плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов Указанная методика позволяет при однократном лазерном воздействии провести измерения амплитуды и фазы отраженного зондирующего импульса в широком интервале интенсивностей нагревающего импульса Точность определения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы составляет Дг = 3% и Д8 = л/100

4 Получены временные зависимости изменений амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности мишеней А1, Ag и Аи при воздействии инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /= 1013 - 1,5 10м Вт/см2 в пикосекундном временном диапазоне задержек зондирующего импульса относительно нагревающего

5 Экспериментально показано, что скорости гидродинамического расширения плазмы в пикосекундном временном диапазоне после воздействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью 1014 Вт/см2 на мишени А1, Ag и Аи составляют величину ~ 6,3 106 см/с, ~2,2 10б см/с, ~ 3,1 106 см/с соответственно

Апробация работы и публикации

Материалы, вошедшие в диссертацию, были представлены автором в докладах на Международных конференциях «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (2005, 2007 гг, п Эльбрус), «Уравнения состояния вещества» (2006,2008гг, п Эльбрус), 3-ем Научно-координационном совещании-симпозиуме «Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах» (2005, Новый Афон), 4-м Российском симпозиуме «Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах» (2006, Новый Афон, а также на сессии «Физика неидеальной плазмы» совета РАН «Физика низкотемпературной плазмы», Москва, 2006, 2007гг По материалам диссертации опубликованы 5 статей в реферируемых журналах и 4 работы в сборниках трудов конференций

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии Автором осуществлялось разработка экспериментальных схем, проведение экспериментальных исследований, а также обработка данных и интерпретация полученных результатов

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения Работа изложена на 100 страницах, включает 50 рисунков и список литературы (общее число ссылок 124)

II. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, представлены сведения о структуре диссертации и практической ценности работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится литературный обзор, содержащий описание механизмов взаимодействия интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов с твердотельными мишенями, рассматривается влияние временного профиля лазерного импульса в большом диапазоне интенсивностей (~ 107) на механизмы взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с мишенью, а также методы оптической диагностики неидеальной плазмы, образующейся при воздействии интенсивных лазерных импульсов на поверхности твердотельных мишеней

В параграфе 11 и 12 рассмотрены различные типы плазмы в зависимости от температуры и плотности Особое внимание уделено рассмотрению процессов, происходящих при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельной мишенью Так, на начальном этапе воздействия лазерного излучения в плазме преобладают столкновительные механизмы поглощения лазерного излучения Дальнейший рост энергии электронов происходит за счет механизмов резонансного поглощения, вакуумного нагревай аномального скин-эффекта В результате формируется двухтемпературное распределение электронов по энергиям тепловая компонента с энергией порядка нескольких десятков - сотен эВ и горячая компонента с температурой в диапазоне нескольких кэВ Столкновения «горячих» (или «быстрых») электронов с ионами в плазме приводят к излучению непрерывного (рекомбинационного и тормозного) спектра и спектра многозарядных ионов, а взаимодействие горячих электронов, генерируемых в плазме, с атомами мишени - к тормозному и характеристическому спектру

Поскольку рассматриваемая плазма является источником рентгеновского излучения субпикосекундной длительности, в параграфе 1 2 рассмотрены механизмы генерации быстрых электронов Как показано в работе [1], контраст лазерного импульса в пико- и наносекундном временном диапазоне (те отношение пиковой интенсивности лазерного импульса к интенсивности фона, обусловленного спонтанной люминесценцией ASE) может оказывать существенное влияние на параметры формируемой плазмы и эффективность генерации характеристического излучения Наличие предымпульса или низкоинтенсивного фона наносекундной длительности может приводить к возникновению предплазмы на поверхности мишени до воздействия максимума интенсивности нагревающего импульса Проведенные ранее исследования показали, что ASE интенсивностью порядка 109 Вт/см2 оказывает влияние на отражение, пропускание [2], а также квантовый выход рентгеновского излучения [3]

Ранее было показано, что при значении градиента электронной плотности плазмы L = [(l/ne)(dnjdx)]< О,IX механизм резонансного поглощения неэффективен, а создание быстрых электронов происходит за счет механизма вакуумного нагрева [4,5] В экспериментальных работах действие бесстолкновительных механизмов поглощения лазерного излучения (резонансного поглощения и вакуумного нагрева) определялось либо по результатам измерений зависимости коэффициентов отражения зондирующих р- и i-поляризованных лазерных импульсов [6,7], либо по зависимости квантового выхода рентгеновского характеристического излучения [8] от угла падения на мишень лазерного излучения

В параграфе 1 3 рассмотрены основные оптические методы диагностики плазмы (элипсометрия и интерферометрия), основанные на измерении ее комплексного коэффициента отражения Показано, что методика фемтосекундной Фурье-интерферометрии для диагностики неидеальной плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней в результате воздействия фемтосекундных лазерных импульсов, имеет ряд преимуществ

Во второй главе рассмотрена экспериментальная методика Фурье-интерферометрии с фемтосекундным временным разрешением для исследования неидеальной плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов

Измерение амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения является единственным прямым методом, позволяющим получать информацию о диэлектрической проницаемости (оптических константах) плазмы с фемтосекундным временным разрешением "Pump-probe" схема измерений, в которой излучение фемтосекундного лазера делится на два пучка -зондирующий и нагревающий, совместно со схемой интерференционной микроскопии позволяет проводить измерения динамики комплексного коэффициента отражения плазмы с пространственным разрешением Фурье-обработка интерферограмм обеспечивает измерение изменений амплитуды rmi{x, и фазы Ymiix.y) комплексного коэффициента отражения с высокой точностью

В параграфе 2 1 рассмотрена экспериментальная измерительная схема (рис 1), которая представляет собой интерферометр Майкельсона с переносом изображения поверхности исследуемого образца в плоскость ПЗС-матрицы Р-поляризованный лазерный импульс, падающий на образец под углом 45°, используется для возбуждения образца Зондирующий импульс с изменяемой задержкой относительно нагревающего предназначен для подсвета исследуемой области образца

Интерферограмма формируется в плоскости изображения (CCD-камера) в результате интерференции объектной и опорной волн

= г(х,у)Л1 (х,у)ехр(кр,(х,у))^

Кг fc-y) = л2 (х>У) ехР(' Ч> 2

где А\, Л2, qh, cpi, амплитуды и фазы двух интерферирующих волн

Объектная волна содержит при этом информацию о комплексном коэффициенте отражения образца, записываемом в виде

r(x,y)=r(x,y) exp(i ^(j:, >>)) _

интерференционной сОетоуильтр

пк-матрица

MuKpooöbemvb

Рис. 1. Интерферометрический узел

Для оценки изменений амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы необходима запись двух интерферограмм (рис. 2): интерферограмма невозбужденной поверхности (начальная) и интерферограмма, полученная с временной задержкой зондирующего импульса относительно нагревающего (временная).

Рис. 2. Начальный и временной кадры интерферограммы поверхности образца Au. Интенсивность нагревающего лазерного импульса I = 2-1014 Вт/см2, Atdelay = 600 фс

В параграфе 2.2 изложена методика Фурье-обработки регистрируемых интерферограмм, целью которой является восстановление изменений амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности мишени в результате воздействия фемтосекундного лазерного импульса (рис. 3). Выражение интерферограммы временного кадра можно привести к виду [9]:

1(х, у) = (\+ г(х, у)2) + 2 r(x, ^)xos(27t/ox + Ч\х,

где /о - пространственная частота интерференционных полос, называемая несущей, пропорциональная углу между объектным и опорным волновыми фронтами, г(х,у) и ¥{х,у) - амплитуда и фаза комплексного коэффициента отражения. Поскольку пространственное распределение интенсивности интерферограммы, представляет собой косинусоиду, то в частотной плоскости

485353234853532323894848235323482348

после двумерного преобразования Фурье (F) спектральное распределение содержит 3 пика. Центральный пик на нулевой частоте (центр двумерного распределения спектральных компонент имеет нулевую пространственную частоту), соответствующий члену (1 + r{x,yf), содержит информацию о неравномерности подсветки. Боковые пики на частотах ± /0 несут информацию об амплитуде и фазе интерференционных полос (член r{x, y)-cos{2iif^c + Ч\х, у)}). Следующий шаг обработки интерферограмм состоит в том, чтобы отделить боковой пик в частотной плоскости с помощью фильтрации (Crop). Заключительным этапом является обратное преобразование Фурье (F'1). Указанная процедура выполняется как для временного, так и для начального интерференционных кадров.

Временной кадр Фурье-спектр Боковой пик

l'fejOI Arg[ 7 (*>•)]

Рис. 3. Схема обработки интерферограмм с использованием двумерного преобразования Фурье

Результат обратного преобразования Фурье выделенного участка пространственных частот представляет собой комплексное число/ (х,у). Его аргументом для начального кадра является величина %п(х, у). Для временного кадра значение аргумента равно сумме фаз %,(х, у) = fin(x, у) + f^x, у), где findx, у) - изменение фазы, вызванное воздействием лазерного импульса. Следовательно, искомое изменение фазы х,у), может быть определено по формуле

VJx,y)= Щх,у)- Шх, У).

Модуль комплексного числа г(х,у)А,(х,у)Аг(х,у), полученного в результате обратного преобразования Фурье, описывает амплитуду зондирующей волны, отраженной от исследуемого образца. Частное от деления пространственных распределений амплитуд для временного и начального кадров, полученных в результате Фурье-обработки, дает относительное изменение амплитуды коэффициента отражения rind(x, у):

гU*. У) = Пг(х, У) /гт{х, у).

Результатом обработки интерферограмм (рис.4 а, б) являются пространственные распределения изменений амплитуды (рис.4 в, г) и фазы (рис.4 д, е) комплексного коэффициента отражения в области воздействия лазерного излучения относительно невозбужденной поверхности образца.

Реализованная методика Фурье-обработки интерферограмм позволяет регистрировать изменения фазы комплексного коэффициента отражения ~ тс/100 рад. Погрешность определения изменений амплитуды составляет ~ 3%.

В параграфе 2.3 приведена методика определения параметра го гауссова пространственного распределения плотности энергии нагревающего лазерного пучка:

Для получения распределения плотности энергии в зависимости от координаты на поверхности мишени, применялась методика измерения пороговых значений энергии абляции мишени для лазерных импульсов с пространственным гауссовым распределением интенсивности по сечению пучка. В соответствии с этой методикой строилась зависимость г2 как функция логарифма энергии лазерного импульса, где г - радиус области, в которой плотность энергии превышает пороговое значение абляции материала мишени. По линейной аппроксимации экспериментальных точек определяется пороговое значение энергии и параметр г0 гауссова пучка.

Рис. 4. Интерферограммы золота и результат обработки с использованием двумерного преобразования Фурье: амплитуда (в, г) и фаза (д, е) комплексного коэффициента отражения. Материал мишени - золото, 1=2-1014 Вт/см2, А/(/е;оУ= 600 фс

В разделе 2.4. приведена методика получения зависимости комплексного коэффициента отражения плазмы от интенсивности лазерного излучения при однократном воздействии на мишень. Суть данной методики состоит в сопоставлении пространственных распределений амплитуды у) и фазы

У) с распределением плотности мощности лазерного излучения на поверхности мишени 1(х, у)

В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования рентгеновского характеристического излучения и механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /< 1017Вт/см2

В разделе 3 1 рассмотрены наиболее распространенные фемтосекундные лазерные системы тераватгаого уровня мощности Показано, что особенность фемтосекундной хром форстеритовой тераваттной лазерной системы (высокий контраст в наносекундном диапазоне ~107 и длина волны излучения инфракрасной области спектра) создает благоприятные предпосылки для исследования механизма создания быстрых электронов при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов большой интенсивности на металлические мишени

В экспериментах использовалась излучение мощной фемтосекундной лазерной системы, формирующей импульсы инфракрасного диапазона спектра с контрастом по интенсивности в наносекундном временном диапазоне ~ 107 (параграф 3 2) Система состоит из задающего генератора, стретчера, регенеративного усилителя с кольцевой схемой резонатора, усилителя мощности и компрессора Она обеспечивает генерацию импульсов длительностью = 120 фс с энергией до 90 мДж с частотой повторения 10 Гц на длине волны 1240 нм

Для экспериментов, в которых используются мощные фемтосекундные импульсы, важным параметром является не только длительность импульса на уровне 0 51тшп но также и временной профиль импульса в широком диапазоне изменения интенсивности Исследование временного профиля импульса проводилось с помощью коррелятора третьей гармоники с динамическим диапазоном регистрации сигнала до 109 Характерная кросс-корреляционная функция лазерного импульса изображена на рис 5 Как видно из рисунка, значение контраста по интенсивности составляло не менее 104 за 1 пс и ~ 107 за 2 пс до максимума импульса

В разделе 3 3 приведена схема экспериментальной установки (рис 6) для исследования процессов взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /~1016 Вт/см2 с металлическими мишенями В состав экспериментальной схемы входили следующие узлы вакуумная камера, которая откачивалась до давления ~ 10"4 мм рт ст, узел фокусировки лазерного излучения, мишенный узел, регистрирующий узел рентгеновского излучения В эксперименте проводилась регистрация линий Ко излучения мишеней Си (Х,ка= 1 542 А) и Ре (Х.ка = 1 938 А), а также сплошного спектра тормозного

излучения электронов. Рентгеновские спектры регистрировались в п = V порядке отражения кристалла слюды. В этом разделе также изложена методика обработки полученных результатов.

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

Задержка, пс

Рис. 5. Кросс-корреляционная функция третьего порядка лазерного импульса тераватгного уровня мощности хром-форстеритовой лазерной системы

В параграфе 3.4 представлены результаты спектральных измерений характеристического излучения при воздействии инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов на мишени Си и Ре. Зависимость интенсивности характеристического излучения от угла падения лазерного импульса на поверхность мишени приведена на рис.7.

Рис. 6. Схема (а) и фотография (б) экспериментальной установки:

1 - спектрометр Гамоша, 2 - узел фокусировки, 3 - мишенный узел,4 - мишень

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют об увеличении квантового выхода Ка излучения для углов падения лазерного импульса #>10°. Для указанного диапазона значений угла а амплитуда осцилляций электрона в поле р-компоненты лазерного импульса гЕр становится больше характерного размера неоднородности плазмы 1с «Юнм, что может приводить к генерации

горячих электронов благодаря механизму вакуумного нагрева Однако, при наличии предимпульса или ASE в наносекундном диапазоне на поверхности мишени может образовываться предплазма [1] с большим характерным размером неоднородности (Хс > 30 нм) В этом случае генерация горячих электронов может быть объяснена резонансным поглощением во всем диапазоне углов Поэтому для определения механизмов образования горячих электронов, требуется проведение измерений характерного размера неоднородности плазмы Lc в момент воздействия максимума интенсивности нагревающего лазерного импульса

0 2,0

а.

1 1,5

'о

* - л

СО 1,0

О

X

о

J. 0,5

а о,о

о 10 20 30 40 50

Угол падения, градусы

Рис. 7. Зависимость выхода излучения линии Ка от угла падения р-поляризованного лазерного излучения (Ei = 12 мДж, накопление сигнала по 10 лазерным импульсам)

Результаты указанных экспериментальных исследований взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью

/~1016 Вт/см2 с

мишенью Fe приведены в разделе 3 5 Для этого в эксперименте использовался метод измерения фазы комплексного коэффициента отражения плазмы с помощью методики Фурье-интерферометрии Для исследования воздействия наносекундного пьедестала ASE и предымпульсов на поверхность мишени, измерения фазы проводились в диапазоне отрицательных задержек зондирующего импульса относительно нагревающего При временной задержке Atdeiay = - 1,5 пс интенсивность нагревающего импульса на поверхности мишени составляет ~ 10"7 от максимального значения /тах и находится ниже значения порога испарения материала мишени (при пиковом значении интенсивности 7,™- 10|6Вт/см2)

На рис 8,а в логарифмическом масштабе представлен временной профиль интенсивности нагревающего лазерного импульса на временном интервале ± 3 пс относительно максимума интенсивности Величина изменения фазы ¥,„j комплексного коэффициента отражения в зависимости от времени задержки междуAtdeiay приведена на рис 8,6

Рис. 8 (а) Временной профиль интенсивности нагревающего лазерного импульса, (б) зависимость фазы (слева) комплексного коэффициента отражения плазмы Ре и величины характерного масштаба неоднородности плотности плазмы Ь (справа) от величины Д/ль,,

Из полученных экспериментальных данных видно, что при значении временной задержки = 0 фс (когда максимум интенсивности временного профиля нагревающего импульса совпадает с максимумом зондирующего) величина изменения фазы комплексного коэффициента отражения составляет ~ 0,58 ± 0,12 рад Погрешность определения величины изменения фазы обусловлена в данном случае не только точностью метода Фурье-обработки интерферограмм, но и погрешностью установки нулевой задержки, которая составляет ± 60 фс (определяется длительностью лазерного импульса)

Полученная экспериментально величина изменения фазы комплексного коэффициента отражения складывается из двух слагаемых набег фазы, связанный с распространением излучения в плазме с неоднородной диэлектрической проницаемостью вдоль направления распространения и отражением от слоя с критической плотностью !Рге/г, а также изменения фазы, обусловленные смещением (вследствие гидродинамического расширения) слоя плазмы, от которого происходит отражение зондирующего импульса - Фехр

Уы = = 0,58 ± 0,12 рад

Поскольку каждая из указанных величин является величиной неотрицательной, можно утверждать, что смещение слоя плазмы (ось ординат справа) с критической плотностью па =2,91021 см"3 для зондирующего излучения на длине волны X = 618 нм не превышает ~ 30 нм

В параграфе 3 6 рассмотрен процесс оптимизации параметров взаимодействия мощных фемтосекундных лазерных импульсов с металлическими мишенями для генерации рентгеновского характеристического излучения На рис 9 приведена зависимость интенсивности линий Ка излучения от интенсивности ¿»-поляризованного нагревающего лазерного импульса

Рис 9 Зависимость интенсивности линии Ка от интенсивности лазерного импульса (а = 45°, /з-поляризация, усреднение по 10 лазерным импульсам) Материал мишени - Ре

Наблюдаемое насыщение выхода Ка излучения с увеличением интенсивности лазерного импульса может быть связано с ростом температуры электронов Электроны с большими значениями энергии имеют меньшие величины сечений возбуждений Ка перехода Кроме того, с ростом лазерной интенсивности высокоэнергетичные электроны глубже проникают в поверхность твердого тела, а значит, генерируют линии Ка излучения дальше от поверхности мишени Таким образом, рентгеновские фотоны перепоглощаются по пути от места возникновения к поверхности образца, приводя к снижению величины квантового выхода

Квантовый выход линий характеристического излучения X [фот/(стер имп)] за один импульс и коэффициент преобразования г]=Ех.гау/Е-1 лазерного излучения в рентгеновское Ка~ Ка/+ К^ излучение в зависимости от вида мишени, частоты, поляризации и энергии импульса лазерного излучения приведены в табл 1 Максимальное значение коэффициента преобразования т] соответствует интенсивности лазерного импульса 1-2 1017Вт/см2, в то время как максимальный квантовый выход X характеристического излучения достигается при /~ 3,5 1017 Вт/см2

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования свойств неидеальной плазмы, образующейся при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью 1014 Вт/см2 на мишени А1, А§, Аи с помощью метода измерения комплексного коэффициента

отражения Изменение фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, регистрируемое в эксперименте, определялось двумя величинами значением комплексной диэлектрической проницаемости, а также движением слоя, от которого происходило отражение зондирующего импульса, обусловленного гидродинамическим разлетом плазмы

Таблица 1

Квантовый выход X [фот/(стер имп)] характеристического излучения и коэффициент преобразования 7

Условия фокусировки El, мДж X, фот/(стер имп) Ex-ray / EL

5 8,3 10' 2,6 Ю-4

Си, С£>0, р-пол 15 4,9 10" 5,4 10"4

30 3,3 108 1,8 10"4

Си, 2а>о > s-пол 5 1,1 10' 3,6 10'5

5 3,3 107 8,2 10'5

Fe, coo, р-пол 15 2,1 108 1,6 10"4

27 2,6 108 1,1 10"4

Fe, 2ш0, J-пол 5 3,1 106 7,8 10'6

Раздел 4 1 посвящен измерениям комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности тонкопленочных мишеней А1 и Ag, а также массивной мишени Аи, при воздействии нагревающего импульса с интенсивностью 1013- 1014 Вт/см2 и значениях задержки зондирующего импульса 0 < delay < 1 ПС

Исследование динамики комплексного коэффициента отражения плазмы А1 (рис 10) проводилось при значениях задержки зондирующего импульса относительно нагревающего Afdeiay= 200 фс, 600 фс и 1000 фс.

I, Вт/см'

/, Вт/см2

Рис. 10. Экспериментальные зависимости г1Я^ (а) и Уш,1 (б) 01 интенсивности лазерного излучения греющего импульса I при значениях задержки Л1мау = 200 фс (□), 600 фс (о) и 1000 фс (Д) Материал мишени - алюминий Усреднение по 10 лазерным импульсам

Каждая экспериментальная точка на графике является результатом усреднения по 5-10 измерениям На графиках по оси абсцисс отложено значение интенсивности падающего излучения

Результаты измерения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности серебра, представлены на рис 11 Маркерами на графике обозначены экспериментальные значения указанных величин, полученные при различных значениях энергии нагревающего импульса Сплошные кривые представляют собой профили пространственного распределения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, созданной при максимальной интенсивности нагревающего импульса 1014 Вт/см2, полученные с помощью методики, изложенной в разделе 2 5

1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70

□ 200фс .

■V 0 бООфс

Г:

2,00 1,75 1,50 1,25

Э 1,00

5 0,75

9.

0,50 025 0,00

□ 200фс

О бООфс

. д 1000фс

Л

б) '777Р

10"

1 Вт/см2

ю"

10й

/, Вт/см

10"

Рис. 11. Экспериментальные зависимости ги(/ (а) и (б) от интенсивности лазерного излучения греющего импульса I при значениях задержки ЬлМау = 200 фс (□), 600 фс (о) и 1000 фс (Л) Сплошные кривые - обработка «по профилю» Материал мишени - серебро Усреднение по 10 лазерным импульсам

Для массивной мишени золота результаты измерения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения приведены на рис 12

Для интерпретации полученных экспериментальных зависимостей и г1т/ комплексного коэффициента отражения плазмы А1 от величины задержки Д¡мау и интенсивности нагревающего лазерного импульса I была использована теоретическая модель, изложенная в [10] Она включает систему электродинамических уравнений для описания поглощения и отражения лазерного излучения, уравнений ионизационной кинетики и уравнений одножидкостной гидродинамики, включающей электрон-ионную релаксацию и электронную теплопроводность [11,12], а также новое широкодиапазонное двухтемпературное уравнение состояния облучаемого вещества [13]

105 1 00 0 95 0,90 ! 085 0,80 0,75 0 70

□ 200фс

о бООфс

д 1(Ю0фс

4° и-

' а) 1 ? {

200 1,75 1,50 д 1,25 2 100 а) 0,75 050 0,25 ООО

о 200фс А 1 ■

О бООфс

д 1000фс Л л О 6 О О

! б> О

10"

10"

10"

10"

/, Вт/см! л Вт/см2

Рис. 12. Экспериментальные зависимости г/Лу (а) и Рш</ (б) от интенсивности лазерного излучения греющего импульса I при значениях задержки А1Мау = 200 фс (□), 600 фс (о) и 1000 фс (Д) Материал мишени - золото

На рис 13 показаны зависимости температуры электронов и ионов, плотности плазмы, эффективной частоты столкновений и напряженности поля зондирующего лазерного импульса, а так же параметров неидеальности и вырождения

Рис. 13. Зависимость параметров плазмы от расстояния вглубь мишени для фиксированной / = 6,7 10 Вт/см2 и ДгЛ4^ = 600фс Ось ординат слева - сплошная

кривая, ось ординат справа - пунктирная

Использование данной теоретической модели для интерпретации экспериментальных зависимостей гтЛ(1, А(Мау) и А1Мау) плазмы,

образующейся на поверхности мишеней Ag и Аи невозможно, так как в рамках существующей модели не учитывались процессы ионизации вещества в результате воздействия нагревающего импульса

В параграфе 4 2 приводятся результаты исследования разлета неидеальной плазмы во временном интервале 0 < А^^ < 6 пс после воздействия нагревающего лазерного импульса При пикосекундных значениях задержки зондирующего импульса относительно нагревающего гидродинамическое расширение плазмы дает основной вклад в изменение комплексного коэффициента отражения

На рис 14 приведены зависимости изменений амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся при воздействии нагревающего лазерного импульса с интенсивностью 7=1,5 1014 Вт/см2 на поверхности мишеней алюминия, серебра и золота, от величины задержки зондирующего импульса А1Мау Ноль по оси абсцисс (А'йЫ<о> = 0) соответствует моменту совпадения во времени максимумов интенсивности нагревающего и зондирующего импульсов Полученные зависимости можно разделить на 3 временных интервала В диапазоне задержек -100<А^е/ч),< 100 фс происходит взаимодействие нагревающего лазерного импульса с материалом мишени

10

09 08

,107 06 05

04 -

40

35 30

Я 25 " 20

10

05 00

А/ 8Ч0"В1/см'

0 1 2 3 4 5 8 Задержка пс

А! 8-Ю" Вт/см"

10 09 08 07 06 05 04 -

40

35 30

125 •,20

9.1 15

10

05

00

. Ад 8*10 Вт/см

0 1 2 3 4 5 6 Задержка пс

Ад 8-Ю" Вт/см1

0 1 2 3 4 5 Задержка, фс

1 О 09 08 07 06 05 04

Аи 6*10 ВгЛм

0 1 2 3 4 5 6 Задержка пс

40

35 30 т> 25 Е. 2 0 З.1 15

1 О 05 00

■Л

1 2 3 4 5 Задержка пс

Аи 8*10" Вт/си1

0 1 2 3 4 5 6 Задержка пс

Рис. 14. Динамика амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы в диапазоне временных задержек = -0,4 - 5 пс Интенсивность на мишени /~8 1013 Вт/см

Временной интервал до ~ 0,5 пс соответствует случаю неразвитого движения ионов, когда гидродинамическое расширение плазмы мало, а изменения амплитуды г,„л и фазы определяются преимущественно оптическими константами Медленный спад амплитуды комплексного коэффициента отражения в пикосекундном временном интервале обусловлен разлетом плазмы

Исследование динамики изменения фазы комплексного коэффициента отражения позволяет получить информацию о скорости гидродинамического расширения плазмы Угол наклона траектории изменения фазы от времени определяет скорость движения слоя с критической плотностью, от которого происходит отражение зондирующего излучения при больших значениях задержки Д¡мау Полученные оценки величины скорости разлета составляют и ~ 6,3 106см/с для алюминия, о ~ 2,2 10бсм/с для серебра, V ~ 3,1 10б см/с для золота

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Экспериментально определен квантовый выход рентгеновского излучения плазмы, образующейся при воздействии на массивные металлические мишени фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~ 1017 Вт/см2 инфракрасного диапазона спектра с контрастом в наносекундном диапазоне ~ 107 Квантовый выход характеристического Ка излучения железа составил 2,1 108[фотон/ср импульс], меди 3,3 108[фотон/ср импульс]

2 Дана оценка, характерного размера предплазмы (~ 30 нм), образующейся на поверхности мишени Ее до воздействия максимума интенсивности (/- 1016 Вт/см2) нагревающего импульса инфракрасного диапазона спектра излучения с контрастом по интенсивности ~ 107

3 Разработан экспериментальный метод Фурье-интерферометрии с фемтосекундным временным разрешением (~100фс) для исследования (оптических) свойств неидеальной плазмы, образующейся при воздействии интенсивных лазерных импульсов на металлические мишени, который позволяет при однократном лазерном воздействии провести измерения амплитуды и фазы отраженного зондирующего импульса в широком интервале интенсивностей нагревающего импульса Точность определения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы составляет Дг = 3% и Д8 = я/100 соответственно

4 Получены экспериментальные данные об изменении амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения неидеальной плазмы, образующейся на поверхности мишеней А1, Ag и Аи, при воздействии

фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /= 1013 -1,5 10м Вт/см2 с помощью методики оптической интерферометрии с Фурье-обработкой интерферограмм

5 Определены скорости гидродинамического расширения плазмы в пикосекундном временном диапазоне после воздействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью 1~ 10|4Вт/см2 на мишени Al, Ag и Au ~ 6,3 106 см/с, ~ 2,2 10б см/с, -3,1 106см/с соответственно

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Агранат МБ, Андреев НЕ, Ашитков СИ, Овчинников АВ, Ситников Д С, Фортов В Е, Шевелько А П Генерация рентгеновского характеристического излучения с помощью тераватгного фемтосекундного хром-форстерит лазера//Письма в ЖЭТФ 2006 Т 83 №2 С 80-83

2 Агранат МБ, Андреев НЕ, Ашитков СИ, Вейсман ME, Левашов HP, Овчинников А В, Ситников Д С, Фортов В Е, Хищенко К В Определение транспортных и оптических свойств неидеальной плазмы твердотельной плотности при фемтосекундном лазерном воздействии // Письма в ЖЭТФ 2007 Т 85 № 6 С 328-333

3 Veysman ME, Agranat MB, Andreev NE, Ashitkov SI, Fortov VE, Khishchenko KV, Kostenko OF, Levashov PR, Ovchinmkov AV and Sitmkov D S Femtosecond diagnostics of Ag plasma created by laser irradiation of a solid target//J Appl Phys 2008 - Принята в печать

4 Овчинников АВ, Ашитков СИ, Агранат МБ, Ситников Д С Усиление фемтосекундных лазерных импульсов хром-форстеритовой лазерной системы до тераваттного уровня мощности // Квантовая электроника 2008 Т 38 - Принята в печать

5 Агранат МБ, Анисимов СИ, Ашитков СИ, Овчинников АВ, Кондратенко П С, Ситников ДС, Фортов BE О механизме поглощения фемтосекундных лазерных импульсов при плавлении и абляции Si и GaAs // Письма в ЖЭТФ 2006 Т 83 № 11 С 592-595

6. Agranat MB, Andreev NE, Ashitkov SI, Boyle E, Fortov VE, Knight L V, Ovchinmkov A V, Shevelko AP, Sitmkov DS Generation of hard X-rays by a forstente terawatt laser //Proc SPIE 2005 V 5918 P 184-193 7 Ситников ДС, Ашитков СИ, Овчинников А В, Шевелько А П Генерация характеристического рентгеновского излучения при воздействии мощного фемтосекундного лазера на металлические мишени // XX Международная конференция "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество"

1 - 6 марта 2005 г п Эльбрус, Кабардино-Балкарская республика, Россия Сб статей С 16-17

8 Ашитков СИ, Овчинников А В, Ситников ДС Динамика расширения поверхностного слоя мишени под действием мощных фемтосекундных лазерных импульсов // XXI Международная конференция "Уравнение состояния вещества" 1 - 6 марта 2006 г п Эльбрус Кабардино-Балкарская республика Россия Сб статей С 156-157

9 Ситников ДС, Овчинников А В, Ашитков СИ, Агранат МБ Динамика разлета плазмы при воздействии интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов на мишень Fe // XXIII Международная конференция "Уравнение состояния вещества" 1 - 6 марта 2008 г п Эльбрус Кабардино-Балкарская республика Россия Сб статей С 171-172

Литература

1 Wharton К В, Boley С D, Komashko А М, Rubenchik А М, Zweiback J, Crane J, Hays G, Cowan ТЕ, and Ditmire T Effects of nonionizing prepulses m high-mtensity laser-solid interactions II Phys Rev E 2001 V 64 P 025401(R)

2 Boehly TR, Fisher Y, Meyerhofer D D, Seka W, and Soures JM The effect of optical prepulse on direct-drive inertial confinement fusion target performance // Phys Plasmas 2001 V 8, P 231-237

3 Cobble JA, Schappert GT, Jones LA, Taylor A J, Kyrala GA, and Fulton R D The interaction of a h.gh irradiance, subpicosecond laser pulse with aluminum The effects of the prepulse on x-ray production//J Appl Phys 1991 V 69 P 3369

4 Gibbon P, Bell A R Collisionless absorption in sharp-edged plasmas // Phys Rev Lett 1992 V 68 P 1535

5 Cat H ,YuW, Zhu S, Zheng С, Cao L, and Li В Short-pulse laser absorption m very steep plasma density gradients//Phys Plasmas 2006 V 13, P 094504

6 Teubner U, Wulker С, Forster E and Theobald W X-ray spectra from high-mtensity subpicosecond laser produced plasmas // Phys Plasmas 1995 V 2 P 972-981

7 Grimes MK, Rundquist AR, Lee Y-S, and Downer MC Experimental identification of "vacuum heating" at femtosecond-laser-irradiated metal surfaces//Phys Rev Lett 1999 V 82 P 4010-4013

8 Chen LM, Forget P, Fourmaux S, and Kieffer J С Study of hard x-ray emission from intense femtosecond Ti sapphire laser-solid target interactions // Phys Plasmas 2004 VHP 4439-4445

9 Temnov VV, Sokolowski-Tmten K, Zhou P and von der Linde D Ultrafast imaging interferometry at femtosecond-laser-excited surfaces // J Opt Soc Am В 2006 V 23 P 1954-1964

10 Агранат МБ, Андреев HE, Ашитков СИ, Вейсман ME, Левашов П Р, Овчинников А В, Ситников ДС, Фортов BE, Хищенко KB Определение транспортных и оптических свойств неидеальной плазмы твердотельной плотности при фемтосекундном лазерном воздействии // Письма в ЖЭТФ 2007 Т 85 № 6 С 328-333

11 Андреев Н Е, Вейсман М Е, Ефремов В П, Фортов В Е Генерация плотной горячей плазмы интенсивными субпикосекундными лазерными импульсами//ТВТ 2003 Т 41 С 679

12 Veysman ME, Cros В, Andreev NE, Maynard G Theory and simulation of short intense laser pulse propagation in capillary tubes with wall ablation // Phys Plasmas 2006 V 13 P 053114

13 Хищенко KB Уравнение состояния магния в области высоких давлений // Письма в ЖТФ 2004 Т 30 № 19 С 65-71

СИТНИКОВ Дмитрий Сергеевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕИДЕАЛЬНОЙ ПЛАЗМЫ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Автореферат

Подписано в печать 17 04 08 г Печать офсетная Тираж 100 экз

Уч-издл 1,5 Заказ N 56

Формат 60x84/16 Усл-печл 1,39 Бесплатно

ОИВТ РАН 125412, Москва, Ижорская ул, 13, стр 2

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Анализ современных методов исследования и диагностики плазмы, образующейся на поверхности мишеней при воздействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов. ^

1.1 Плазма. Параметры и классификация.

1.2 Плазма, образующаяся в результате взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с конденсированными средами.

1.2.1 Механизм взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с твердотельными мишенями.

1.2.2 Влияние временного профиля лазерного импульса на механизмы взаимодействия с материалом мишени.

1.3 Оптические методы диагностики неидеальной плазмы.

1.3.1 Эллипсометрия с временным разрешением.

1.3.2 Интерференционная микроскопия с временным разрешением

Основные результаты главы 1.

Глава 2 Диагностика неидеальной плазмы методом Фурье-интерферометрии с фемтосекундным временным разрешением.

2.1 Методика интерференционной микроскопии с фемтосекундным временным разрешением.

2.2 Методика обработки интерферограмм с использованием двумерного преобразования Фурье.

2.3 Методика определения параметров лазерного пучка.

2.4 Определение погрешности измерения зависимости rmd и Tjnd от плотности мощности нагревающего лазерного импульса на поверхности образца.

Основные результаты главы 2.

Глава 3 Экспериментальное исследование характеристического излучения и механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов с 45 интенсивностью i < 1017Вт/см2.

3.1 Фемтосекундные лазерные системы тераваттного уровня мощности.

3.2 Фемтосекундная хром:форстеритовая лазерная система.

3.3 Схема экспериментальной установки для исследования механизмов создания быстрых электронов.

3.3.1 Узел фокусировки лазерного излучения.

3.3.2 Конструкция мишенного узла.

3.3.3 Узел спектрометра.

3.3.4 Методика проведения эксперимента.

3.3.5 Методика обработки полученных результатов.

3.4 Исследование механизмов генерации горячих электронов.

3.5 Исследование динамики разлета плазмы металлических мишеней при интенсивностях I ~ 1016 Вт/см2.

3.5.1 Схема эксперимента.

3.5.2 Определение размера неоднородности плазмы в момент воздействия нагревающего импульса. '

3.6 Исследование квантового выхода рентгеновского характеристического излучения плазмы от интенсивности нагревающего лазерного импульса

Основные результаты главы 3.

Глава 4 Экспериментальное исследование неидеальной плазмы, образующейся при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов па металлические мишени Al, Ag, Au.

4.1 Исследование неидеальной плазмы при значении задержки зондирующего импульса 0 < Atdelay< 1 ПС

4.2 Измерение комплексного коэффициента отражения неидеальной плазмы при значении задержки зондирующего импульса

0 < Atdelay < 6 ПС.

Основные результаты главы 4.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Актуальность темы

При взаимодействии мощных (1014</< 1017Вт/см2) фемтосекундных лазерных импульсов с твердотельной мишенью на поверхности образуется неидеальная плазма с плотностью близкой к твердотельной, высокой кратностью ионизации и температурой ~ 10 10 эВ[1-6]. Такая плазма является сложным объектом для теоретического исследования, так как сильное межчастичное взаимодействие затрудняет применение традиционных методов теоретической физики. Прогресс в понимании физики неидеальной плазмы стал возможен лишь после появления результатов экспериментальных исследований.

Использование сверхкоротких (фемтосекундных и субпикосекундных) лазерных импульсов [7] открыло новые возможности для создания и исследования неидеальной плазмы. Их применение в методиках, основанных на измерении комплексного коэффициента отражения, позволило определять параметры (плотность, градиент плотности электронов, температура электронов и т.д.) нестационарной и неоднородной плазмы в условиях неразвитого гидродинамического движения ионов в субпикосекундном временном интервале.

Одним из применений фемтосекундной лазерной плазмы [8-12] является использование рентгеновского характеристического излучения субпикосекундной длительности при исследовании таких фундаментальных процессов как фазовые переходы[13-15], изменение колебательных и вращательных состояний в кристаллической решетке[ 16-20], разрушение и образование химических связей[21], т.е. процессов происходящих на временных интервалах от нескольких фемтосекунд до пикосекунд.

Генерация характеристического излучения обусловлена возникновением в плазме быстрых электронов (с энергиями ~ 10 102кэВ), эффективность создания которых зависит от градиента электронной плотности плазмы и параметров лазерного импульса длины волны и контраста в наносекундном временном диапазоне). Поэтому изучение механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности твердотельных мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с

16 2 интенсивностью / > 10 Вт/см инфракрасного диапазона спектра излучения с контрастом в наносекундном диапазоне > 106, имеет фундаментальное значение и является актуальным в настоящее время.

Цель диссертационной работы

Целью работы является исследование свойств лазерной плазмы, образующейся на поверхности металлов при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов инфракрасного диапазона спектра излучения с интенсивностью ~ 1013-МО17 Вт/см2.

Для достижения поставленной цели работы должны быть решены следующие задачи:

- Исследование эффективности генерации характеристического и механизмов создания быстрых электронов в плазме, образующейся при воздействии на металлические мишени фемтосекундных лазерных импульсов.

- Разработка методики интерференционной микроскопии с Фурье-обработкой интерферограмм для измерения комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов на металлические мишени. Исследование динамики изменения комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней в результате воздействия фемтосекундных лазерных импульсов.

Научная новизна работы

1. Для исследования механизмов генерации быстрых электронов в плазме, образующейся при воздействии интенсивных лазерных импульсов (/- 1016- 1017 Вт/см2) на металлические мишени, использовались инфракрасные фемтосекундные лазерные импульсы с контрастом по интенсивности в наносекундном временном диапазоне ~ 107.

2. Получены экспериментальные данные о динамике изменения комплексного коэффициента отражения неидеальной плазмы, образующейся на поверхности мишеней Al, Au, Ag при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~ 1014 Вт/см2 с помощью методики интерференционной микроскопии.

3. Получены экспериментальные данные о величине гидродинамического расширения плазмы в момент воздействия максимума интенсивности (7~ 1016 Вт/см2) высококонтрастного (~ 107 в наносекундном временном диапазоне) фемтосекундного нагревающего лазерного импульса на мишень Fe.

Практическая ценность

Результаты исследования процессов генерации быстрых электронов в плазме, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов, могут быть использованы при разработке и создании источников рентгеновского излучения субпикосекундной длительности.

Положения, выносимые на защиту

1. Квантовый выход характеристического Ка излучения плазмы, образующейся при воздействии на массивные металлические мишени фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~1017 Вт/см2 инфракрасного диапазона спектра с контрастом в наносекундном диапазоне ~ 107, составил 2,1-108 [фотон/ср импульс] для мишени Fe и 3,3-108 [фотон/ср импульс] для мишени Си.

2. Экспериментально показано, что при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов инфракрасного диапазона спектра излучения с контрастом по интенсивности ~107 на мишень Fe с интенсивностью до 1016 Вт/см2 характерный размер предплазмы, образующейся на поверхности мишени до воздействия максимума интенсивности нагревающиего импульса не превышает величины ~ 30 нм.

3. Разработана методика интерференционной микроскопии с фемтосекундным временным разрешением 100 фс) для исследования оптических свойств плазмы, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов. Данная методика позволяет при однократном лазерном воздействии провести измерения амплитуды и фазы отраженного зондирующего импульса в широком интервале интенсивностей нагревающего импульса. Точность определения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы составляет Дг = 3% и Д8 = тг/100.

4. Получены временные зависимости изменений амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы, образующейся на поверхности мишеней Al, Ag и Аи при воздействии инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью 1= 1013 1,5-1014 Вт/см2 в пикосекундном временном диапазоне задержек зондирующего импульса относительно нагревающего.

5. Экспериментально показано, что скорости гидродинамического расширения плазмы в пикосекундном временном диапазоне после воздействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью 1014Вт/см2 на мишени Al, Ag и Аи составляют величину ~ 6,3-10б см/с, ~ 2,2-106 см/с, ~ 3,МО6 см/с соответственно.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Экспериментально определен квантовый выход рентгеновского излучения плазмы, образующейся при воздействии на массивные металлические мишени фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~ 1017 Вт/см2 инфракрасного диапазона спектра с контрастом в наносекундном диапазоне ~ 107. Квантовый выход характеристического Ка излучения железа составил 2,1-108 [фотон/ср импульс], меди 3,3-108 [фотон/ср импульс].

2. Дана оценка, характерного размера предплазмы (~ 30 нм), образующейся на поверхности мишени Fe до воздействия максимума интенсивности (/~ 1016 Вт/см2) нагревающего импульса инфракрасного диапазона спектра излучения с контрастом по п интенсивности ~ 10 .

3. Разработан экспериментальный метод Фурье-интерферометрии с фемтосекундным временным разрешением (~ 100 фс) для исследования (оптических) свойств неидеальной плазмы, образующейся при воздействии интенсивных лазерных импульсов на металлические мишени, который позволяет при однократном лазерном воздействии провести измерения амплитуды и фазы отраженного зондирующего импульса в широком интервале интенсивностей нагревающего импульса. Точность определения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения плазмы составляет Дг = 3% и л

А5 = тс/100 соответственно.

4. Получены экспериментальные данные об изменении амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения неидеальной плазмы, образующейся на поверхности мишеней Al, Ag и Аи, при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /= 1013 - 1,5-1014 Вт/см2 с помощью методики оптической интерферометрии с Фурье-обработкой интерферограмм.

5. Определены скорости гидродинамического расширения плазмы в пикосекундном временном диапазоне после воздействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью /~1014 Вт/см2 на мишени Al, Ag и Au: ~ 6,3-106 см/с, ~ 2,2-Ю6 см/с, ~3,1-Ю6см/с соответственно.

В заключении автор диссертационной работы выражает особое признание научному руководителю д.ф.-м.н. Агранату Михаилу Борисовичу за постановку задачи и активную помощь в работе.

Также автор выражает признательность к.ф.-м.н. Ашиткову Сергею Игоревичу за помощь и содействие в подготовке и проведении экспериментов, а также в обсуждении результатов.

Автор благодарит к.ф.-м.н. Овчинникова А.В. за помощь в интерпретации результатов и моральную поддержку, а также Комарова П.С. за помощь в проведении экспериментов.

1. Гамалий Е.Г., Тихончук В.Т., "О воздействии мощных ультракоротких импульсов на вещество" // Письма в ЖЭТФ, 48, 413 (1988).

2. Platonenko V.T., "High-temperature near-surface plasma produced by ultrashort laser pulses"// Laser Physics, 2, 852 (1992).

3. Лютер-Девис В., Гамалий Е.Г., Bam И. и др., "Вещество в сверхсильном лазерном поле", Квантовая электроника, 19,137 (1992).

4. Gibbon P., Forster R., "Short-pulse laser-plasma interactions" // Plasma Phys. Controlled Fusion, 38, 769 (1996).

5. Von der Linde D., Sokolowski-Tinten K., Bialkowski J., "Laser-solid interaction in the femtosecond time regime" // Appl. Surf. Sci., 109/110, 1 (1997).

6. Golishnikov D.M., Gordienko V.M., Mikheev P.M., Savel'ev A.B., Volkov R.V., "Dense femtosecond plasma at moderate intensities: hot electrons, fast ions, and thermonuclear processes in modified targets" // Laser Physics, 11, 1205 (2001).

7. Mourou G. and Umstadter D., "Development and Applications of Compact High-Intensity Lasers" // Phys. Fluids В 4, 2315 (1992).

8. Kieffer J.C., Chaker M., Matte J.P., Pepin H., Cote C.Y., Beaudoin Y., Johnston T.W. "Ultrafast x-ray sources" // Phys. Fluids В 5, 2676 (1993).

9. Rousse A., Audebert P., Geindre J.P., Fallies F., Gauthier J.C., et. al. "Efficient Ka x-ray source from femtosecond laser-produced plasmas" // Phys. Rev. E 50, 2200 (1994).

10. Jiang Z., Kieer J.C., Matte J.P., Chaker M., Peyrusse O., et. al. "X-ray spectroscopy of hot solid density plasmas produced by subpicosecond high contrast laser pulses at 1018-1019 W/cm2" // Phys. Plasmas, 2, 1702, (1995).

11. Schntirer M„ Nickles P.V., Kalachnikov M.P., Sandner W., et. al. " Characteristics of hard X-ray emission from subpicosecond laser-produced plasmas" // J. Appl. Phys. 80, 5604 (1996).

12. Umstadter D. "Physics and applications of relativistic plasmas driven by ultra-intense lasers," Phys. Plasmas 8, 1774 (2001).

13. Siders C.W., Cavalleri A., Sokolowski-Tinten K., Toth Cs., et. al. "Detection of nonthermal melting by ultrafast X-ray diffraction" // Science, 286, 1340 (1999).

14. Sokolowski-Tinten К., Blome С., Dietrich С., Tarasevitch A., et. al. "Femtosecond X-Ray Measurement of Ultrafast Melting and Large Acoustic Transients" // Phys. Rev. Lett. 89, 225701-1 (2001).

15. Sokolowski-Tinten K. and von der Linde D. "Ultrafast phase transitions and lattice dynamics probed using laser-produced X-ray pulses" // J. Phys.: Condens. Matter, 16 R1517 (2004).

16. C. Rose-Petruck, Jimenez R., Guol Т., Cavalleri A., et. al. "Picosecond-milliangstrom lattice dynamics measured by ultrafast X-ray diffraction" // Nature (London) 398, 310(1999).

17. Cavalleri A., Siders C.W., Brown F.L.H., Leitner D.M. "Anharmonic Lattice Dynamics in Germanium Measured with Ultrafast X-Ray Diffraction" // Phys. Rev. Lett. 85, 586 (2000).

18. Reis D.A., DeCamp M.F., Bucksbaum P.H., Clarke R., Dufresne E. "Probing Impulsive Strain Propagation with X-Ray Pulses" // Phys. Rev. Lett. 86, 3072 (2001).

19. Sokolowski-Tinten K., Blome С., Blums J., et. al. "Femtosecond X-ray measurement of coherent lattice vibrations near the Lindemann stability limit" // Lett. Nature 422, 287 (2003).

20. Lindenberg A.M., Larsson J., Sokolowski-Tinten K., Gaffney K.J., et. al. "Atomic-Scale Visualization of Inertial Dynamics" // Science, 308, 392 (2005).

21. Rdksi F., Wilson K.R., Jiang Z., Ikhlef A., Cote C.Y. and Kieffer J.-C. "Ultrafast x-ray absorption probing of a chemical reaction" // J. Chem. Phys. 104, 6066 (1996).

22. Основы физики плазмы, T.l // Под ред. Р.З. Сагдеева, М.Н. Розенблюта. М: Энергоатомидат, 1984-1985.

23. Н. Кролл, А. Трайвелпис, "Основы физики плазмы" // М.: Мир (1975).24. "Энциклопедия низкотемпературной плазмы". Вводный том. Ч. I-IV // Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука, (2000).

24. Материалы XXXI Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу. (2004).

25. В.П. Крайнов, М.Б. Смирнов, "Эволюция больших кластеров под действием ультракороткого сверхмощного лазерного импульса" // УФН, 170 (9), 969-990 (2000).

26. В.П. Крайнов, "Лазерный термоядерный синтез в кластерах" // Соросовский образовательный журнал, 7 (10), 75-80 (2001).

27. M.D. Rosen, "Scaling laws for femtosecond laser plasma interaction"// SPIE Proc. 1229, 160-167, (1990).

28. К. R. Manes, V. С. Rupert, J. M. Auerbach, P. Lee, and J. E. Swain "Polarization and Angular Dependence of 1.06-p.m Laser-Light Absorption by Planar Plasmas" // Phys. Rev. Lett. 39, 281 (1977).

29. Forslund D. W., Kindel J.M., Lee K, "Theory and simulation of resonant absorption in a hot plasma" // Phys. Rev. A, 11,679(1975).

30. Forslund D. W., Kindel J.M., Lee K, "Theory of hot electron spectra at high laser intensity" // Phys. Rev. Lett., 39, 284 (1977).

31. Brunei F., "Not-so-resonant, resonant absorption" // Phys. Rev. Lett., 59, 52 (1987).

32. Gibbon P., Bell A.R. "Collisionless absorption in sharp-edged plasmas" // Phys. Rev. Lett., 68, 1535 (1992).

33. Meyerhofer D.D., Chen H., Delettrez J.A., et al, "Resonate absorption in high-intensity contrast, picosecond laser plasma interaction" // Phys. Fluids B, 5, 2584 (1993).

34. Андреев A.A., Запысов А.К, Чарухчев A.B., Яшин В.Е., "Генерация рентгеновского излучения и быстрых частиц высокоинтенсивными лазерными импульсами", Известия АН серия физическая, 63, 1237 (1999).

35. Chen L.M. Zhang J., Dong Q.L., Teng H„ Liang T.J., Zhao L.Z, Wei Z.Y., "Hot electron generation via vacuum heating process in femtosecond laser-solid interaction""// Phys. Plasmas, 8, 2925 (2001).

36. Гамалий Е.Г., Киселев A.E., Тшончук B.T., "Нагрев плазмы ультракоротким импульсом света", Препринт ФИАН, Москва (1990).

37. Андреев A.A., Гамалий Е.Г., Новиков B.H., и др., "Нагрев плотной плазмы сверхкоротким лазерным импульсом в режиме аномального скин-эффекта" // ЖЭТФ, 101, 1808 (1992).

38. Т. Feurer, A. Morak, I. Uschmann, etc, "An incoherent sub-picosecond X-ray source for time-resolved X-ray-diffraction experiments" // Appl. Phys. В 72, 15-20 (2001).

39. C.Reich, P.Gibbon, I. Uschmann, and E.Forster, "Yield Optimization" // Phys. Rev. Letters 84 (20), 4846-4849 (2000) .

40. D. C. Eder, G. Pretzler, E. Fill, etc, "Spacial characteristics of Ka radiation from weakly relativistic laser plasmas" // Appl. Phys. В 70, 211-217 (1999).

41. E. Fill J. Bayerl, and Tommasini "A novel tape target for use with repetitively pulsed lasers"//R., Rev. Sci. Instr. 73, 2190-2192 (2002).

42. D. Kuhlke, U. Herpes and D. Von der Linde "Soft x-ray emission from subpicosecond laser-produced plasmas"//App. Phys. Lett., 50, 1785 (1987).

43. D.G. Stearns, O.L. Landen, E.M. Campbell and J.H. Scofield "Generation of ultrashort x-ray pulses"// Phys. Rev. A, 37, 1684-90 (1988)

44. M.M. Murnane, H.C. Kapteyn and R.W. Falcone "High-Density Plasmas Produced by Ultrafast Laser Pulses" // Phys. Rev. Lett. 62, 155-158 (1989).

45. U. Teubner, C. Wulker, E. Forster and W. Theobald "X-ray spectra from high-intensity subpicosecond laser produced plasmas" // Phys. Plasmas, 2, 972-981 (1995).

46. J.-C. Gauthier et al., in Laser Interactions with Atoms, Solids, and Plasmas, NATO ASI Series, edited by R. M. More II Plenum, New York, 357 (1994).

47. T. R. Boehly, Y. Fisher, D. D. Meyerhofer, W. Seka, and J. M. Soures "The effect of optical prepulse on direct-drive inertial confinement fusion target performance" // Phys. Plasmas 8, 231-237 (2001).

48. J. A. Cobble, G. T. Schappert, L. A. Jones, A. J. Taylor, G. A. Kyrala, and R. D. Fulton, "The interaction of a high irradiance, subpicosecond laser pulse with aluminum: The effects of the prepulse on x-ray production" J. Appl. Phys. 69, 3369 (1991).

49. К. В. Wharton, C. D. Boley, A. M. Komashko, A. M. Rubenchik, J. Zweiback, J. Crane, G. Hays, Т. E. Cowan, and T. Ditmire "Effects of nonionizing prepulses in high-intensity laser-solid interactions"// Phys. Rev. E, 025401R (2001).

50. P. Gibbon and A.R.Bell "Collisionless absorption in sharp-edged plasmas" // Phys. Rev. Lett. 68, 1535-1538 (1992).

51. M. K. Grimes, A. R. Rundquist, Y.-S. Lee, and M. C. Downer "Experimental identification of "vacuum heating" at femtosecond-laser-irradiated metal surfaces" // Phys. Rev. Lett. 82, 4010-4013 (1999).

52. L. M. Chen, P. Forget, S. Fourmaux, and J. C. Kieffer "Study of hard x-ray emission from intense femtosecond Ti:sapphire laser-solid target interactions" // Phys. Plasmas, 11, 44394445, (2004).

53. H. Chen, B. Soom, B. Yaakobi, S. Uchida and D.D. Meyerhofer "Hot-electron characterization from Ka measurement in high-contrast p-polarized, picosecond laser-plasma interactions" // Phys. Rev. Lett. 70, 3431-3434 (1993).

54. H. Morikami, Н. Yoneda, К. Ueda, et al. "Detection of hydrodynamic expansion in ultrashort pulse laser ellipsometric pump-probe experiments" // Phys. Rev. E, 70, 035401 (2004).

55. M.C. Downer, R.L. Fork, C.V. Shank "Studies of multiphoton production of vacuum-ultraviolet radiation in the rare gases"// J. Opt. Soc. Am. В 4, 595-601 (1985)

56. С.И. Ашитков, А.В. Овчинников, М.Б. Агранат, "Рекомбинация электрон-дырочной плазмы в кремнии при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов " // Письма в ЖЭТФ, 79, 657 (2004).

57. М.Б. Агранат, С.И. Анисшюв, С.И. Ашитков, и др. "О механизме поглощения фемтосекундных лазерных импульсов при плавлении и абляции Si и GaAs" // Письма в ЖЭТФ, 83, 592 (2006).

58. V.V. Temnov, К. Sokolowski-Tinten, P. Zhou and D. von der Linde, "Femtosecond time-resolved interferometric microscopy" // Appl. Phys. A, 78, 483-489 (2004).

59. T. Masubuchi, H. Furutani, H. Fukumura, and H.Masuhara "Laser-induced anometer-nanosecond expansion and contraction dynamics of poly (methyl methacrylate) film studied by time-resolved interferometry" // J. Phys. Chem. В 105, 2518-2524 (2001).

60. S.R. Greenfield, J.L. Casson, and A.C. Koskelo, "Nanosecond interferometric studies of surface deformations of dielectrics induced by laser rradiation" // High-Power Laser Ablation III, C. R. Phipps, ed., Proc. SPIE 4065, 557-566 (2001).

61. V. V. Temnov, K. Sokolowski-Tinten, P. Zhou and D. von der Linde, "Ultrafast imaging interferometry at femtosecond-laser-excited surfaces"// J. Opt. Soc. Am. B, 23, 1954-1964 (2006).

62. Q. M. Zhang, G. Chiarotti, A. Selloni, R. Car, and M. Parrinello, "Atomic structure and bonding in liquid GaAs from ab initio molecular dynamics" // Phys. Rev. В 42, 5071-5081 (1990).

63. P. Blanc, P. Audebert, F. Fallies, J. P. Geindre, J. C. Gauthier, et al. "Phase dynamics of reflected probe pulses from sub-100-fs laser-produced plasmas" // J. Opt. Soc. Am. B, 13, 118-124 (1996).

64. D.J. Bone, H.-A. Bachor, and J. Sandeman, "Fringe-pattern analysis using a 2D Fourier transform" // Appl. Opt. 25, 1653-1660 (1986).

65. M. Takeda, H. Ina, S. Kobayashi: "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry" // J. Opt. Soc. Am. 72, 156 (1982).

66. P. Дитчберн, "Физическая оптика", Изд. Наука 415 (1965)

67. E.D. Palik, "Handbook of optical constants of solids" // London: Academic Press INC, 1985.

68. D. von der Linde and H.Shuler, "Breakdown threshold and plasma formation in femtosecond laser-solid interaction" // J. Opt. Soc. Am. В 13, 216-222 (1996)

69. P. Mannion, J. Magee, E. Coyne, Gerard M. O'Connor "Ablation thresholds in ultrafast laser micromachining of common metals in air" // Proc. SPIE 4876, 470-478 (2003).

70. T. Feurer, A. Morak, I. Uschmann, Ch. Ziener, et al. "Femtosecond silicon Ka pulses from laser-produced plasmas" // Phys. Rev. E 65, 016412 (2001).

71. S. Bastiani, A. Rousse, J. P. Geindre, et al. "Experimental study of the interaction of subpicosecond laser pulses with solid targets of varying initial scale lengths" // Phys. Rev. E 56 (6), 7179-7185 (1997).

72. S.B. Hansen, A.Ya. Faenov, T.A. Pikuz, et al. "Temperature determination usingKa spectra from M-shell Ti ions" // Phys. Rev. E 72, 036408 (2005).

73. V. Petricevic, S.K. Gayen, R.R. Alfano, K. Yamagishi, H. Anzai, Y. Yamaguchi "Laser action in chromium-doped forsterite" // Appl. Phys. Lett. 52, 1040-1042 (1988). "

74. V. Petricevic, S.K. Gayen, R.R. Alfano, "Continuous-wave laser operation of chromium-doped forsterite" // Opt. Lett. 14, 612-617 (1989).

75. T.J. Carrig, C.R. Pollock, "Tunable, cw operation of a multiwatt forsterite laser" // Opt. Lett. 16,1662-1664 (1991).

76. A. Seas, V. Petricevic, R.R. Alfano, "Generation of sub-100-fs pulses from a cw mode-locked chromium-doped forsterite laser" // Opt. Lett. 17, 937-939 (1992).

77. A. Seas, V. Petricevic, R.R. Alfano, "Self-mode-locked chromium-doped forsterite laser generates 50-fs pulses" // Opt. Lett. 18, 891-893 (1993).

78. Y. Pang, V. Yanovsky, F. Wise, "Self-mode-locked Cr:forsterite laser" // Opt. Lett. 18, 1168-1170(1993).

79. V. Yanovsky, Y. Pang, F. Wise, B. Minkov, "Generation of 25-fs pulses from a self-mode-locked Cr:forsterite laser with optimized group-delay dispersion" // Opt. Lett. 18, 15411543 (1993).

80. С. Chudoba, J.G. Fujimoto, E.P. Ippen, H.A. Haus, U. Morgner, F.X. Kaertner, V. Scheuer, G. Angelow, T. Tscudi, "All-solid-state Cr-forsterite laser generating 14-fs pulses at 1.3 mkm" // Opt. Lett. 26, 292-294 (2001).

81. М.Б. Агранат, С.И. Аиштков, А.А. Иванов, А.В. Конященко, А.В. Овчинников, В.Е. Фортов, "Тераваттная фемтосекундная лазерная система на хром-форстерите" // Квантовая электроника, 34 (6), 506-508 (2004).

82. V. Shcheslavskiy, F. Noak, V. Petrov, N. Zhavoronkov, "Femtosecond regenerative amplification in Cr:forsterite" // Appl. Opt. 38, 3294-3297 (1999).

83. M.B. Agranat, S.I. Ashitkov, V.E. Fortov, A.A. Ivanov, A. V. Konjashchenko, A. V. Ovchinnikov, A.A. Podshivalov II Xlth Conference on Laser Optics (L0'2003) St.Petersburg, Russia, June 30- July 04, (2003).

84. T. Togashi, Y. Nabekawa, T. Sekikawa, S. Watanabe, "High-peak-power femtosecond Cnforsterite laser system" // Appl. Phys. В 68, 169-175 (1999).88. "Диагностика плазмы", Под ред. Р.Хаддистоуна и С.Леонарда, Мир, 1967.

85. A. Shevelko, A. Antonov, I. Crigirieva, Y. Kasyanov, et. al. "A focusing crystal von Hamos Spectrometer for X-Ray spectroscopy and X-Ray fluorescence application" // Proc. SPIE 4144, 148-153 (2000).

86. A. Shevelko, A. Antonov, I. Grigorieva, Yu. Kasyanov , O. Yakushev "X-Ray focusing crystal von Hamos spectrometer with a CCD linear array as a detector" // Advances in X-ray Analysis, 45, 433-440 (2002).

87. P. Shevelko, Yu. S. Kasyanov, O. F. Yakushev, and L. V. Knight, "Compact focusing von Hamos spectrometer for quantitative x-ray spectroscopy" I I Rev. Sci, Instram. 73 (10), 3458-3463 (2002).

88. M.B. Agranat, N.E. Andreev, S.I. Ashitkov, E. Boyle, et. al. "Generation of hard x-rays by a forsterite terawatt laser" Proc. SPIE, 5918, 184-193 (2005).

89. M. Б. Агранат, H.E. Андреев, С. И. Ашитков, А. В. Овчинников, и др. "Генерация рентгеновского характеристического излучения с помощью тераваттного фемтосекундного хром-форстерит лазера" // Письма в ЖЭТФ, 83, 80 83 (2006).

90. P. Shevelko, "X-ray spectroscopy of laser-produced plasmas using a von Hamos spectrograph" //Proc. SPIE 3406, 91-108 (1998).

91. A. Shevelko, L. Knight, Q. Wang, O. Yakushev, et. al. "Absolute X-Ray calibration of laser produced plasmas using a CCD linear array and focusing crystal spectrometer" // Proc. SPIE 4504, 215-226 (2001).

92. J. Zhang, Y. Li, Z. Sheng, Z. Wei, Q. Dong, X.Lu "Generation and propagation of hot electrons in laser-plasmas" // Appl. Phys. В 80, 957-971 (2005).

93. N. Zhavoronkov, Y. Gritsai, G. Korn, T. Elsaesser "Ultra-short efficient laser-driven hard X-Ray source operated at a kHz repetition rate" // Appl. Phys. В 79, 663-667 (2004).

94. J. P. Freidberg, R.W. Mitchell, R.L. Morse, and L.I. Rudsinski "Resonant absorption of laser light by plasma targets" // Phys. Rev. Lett. 28 (13), 795-799 (1972).

95. C.IO. Гуськов, H.H. Демченко, K.H. Макаров и др. "Влияние углов падения лазерного излучения на генерацию быстрых ионов" Письма в ЖЭТФ, 73, 740-745 (2001).

96. A. Bonvalet, A. Darmon, J-C. Lambjy, J-L. Martin and P. Audebert, "1 kHz tabletop ultrashort hard x-ray source for time-resolved x-ray protein crystallography" // Opt. Lett., 31 (18), 2753-2755 (2006).

97. MM. Murnane, H.C. Kapteyn, M.D.Rosen, andR. W. Falcone, II Science, 251, 531 (1991).

98. D.G. Stearns, O.L. Landen, E.M. Campbell and J.H. Scofield II Phys. Rev. A, 37, 1684 (1988).

99. D. von der Linde, K. Sokolowski-Tinten, Ch. Blome, C. Dietrich, et. al. "Generation and application of ultrashort X-ray pulses" // Laser and Particle Beams, 19, 15-22, (2001).

100. K. Sokolowski-Tinten, C. Blome, J. Blums, A. Cavalleri, C. Dietric, et. al. "Femtosecond X-ray measurement of coherent lattice vibrations near the Lindemann stability limit" // Lett to Nature, 422, 287-289 (2003)

101. D. Umstadter, "Physics and Applications of Relativistic Plasmas Driven by Ultra-intense Lasers"//Physics of Plasmas, 8,1774-1785 (2001).

102. A. Sjogren, M.Harbst, C.-G.Wahlstrom, S.Svanberg, "High-repetition-rate, hard x-ray radiation from a laser-produced plasma: Photon yield and application considerations" // Rev. Sci. Instrum. 74, 2300-2311, (2003).

103. D. J. Funk, C. A. Meserole, D. E. Hof, G. L. Fisher, J. Roberts, A.J. Taylor, H. J. Lee, J. Workman, and Q. McCulloch "An ultrafast x-ray diffraction apparatus for the study of shock waves" // American Physical Society Topical Group conference (2001)

104. M.A. Ordal, L.L. Long, R.J. Bell and et. al. "Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W it the infrared and far infrared" //Appl. Opt., 22 (1983).

105. H.E. Андреев, M.E. Вейсман, В.П. Ефремов, B.E. Фортов " Генерация плотной горячей плазмы интенсивными субпикосекундными лазерными импульсами" ТВТ 41, 679 (2003).

106. М. Veysman, B.Cros, N.E. Andreev, G. Maynard, Phys. Plasmas 13, 053114 (2006).

107. Хищенко К. В. "Уравнение состояния магния в области высоких давлений" // Письма вЖТФ, 30,65-71 (2004).

108. В.П. Силин, А. А. Рухадзе, Электромагнитные свойства плазмы и плазмоподобных сред, М: Атомиздат, 1961.

109. И. Т. Якубов, "Электропроводность неидеальной плазмы" // УФН 163, №5, 35 (1993).

110. D. Fisher, М. Fraenkel, Z.Henis, Е. Moshe, S. Eliezer "Interband and intraband (Drude) contributions to femtosecond laser absorption in aluminum" // Phys. Rev. E 65, 016409 (2001). .

111. А.А. Абрикосов, Основы теории металов, М: Наука, 1987.

112. Н. Ашкрофт, Н.Мермин, Физика твердого тела, М: Мир, 1979. Т. 1.

113. М.Е. Поварницын, Т.Е. Итина, П.Р.Левашов, К.В. Хищенко "Моделирование абляции металлических мишеней фемтосекундными лазерными импульсами" // Сборник трудов "Физика экстремальных состояний вещества 2007", Черноголовка: ИПХФ РАН, С. 16 (2007).

114. О.М. Величко, В.Д. Урлин, Б.П. Якутов "Действие лазерных импульсов фемтосекундной лительности на металлы с большим и средним Z" // Сборник трудов "VII Забабахинские научные чтения" (2003).

115. Н.М. Milchberg, R.P. Freeman, S.C. Davey and R.M. More-. "Resistivity of a simple Metal from room temperature to 106K", Phys. Rev. Lett. 61 (20) 2364 (1988).Л