بخشی از مقاله
چکیده
رفتار پلاسماي ناشی از برهمکنش تپ کانونی شده لیزر Nd:YAG با پهناي میانگین 30 ns و حداکثر انرژي 350 میلی ژول با هدف مس به کمک هماهنگ دوم لیزر کاوش با پهناي 8 ns در طول موج 532 نانومتر در هوا و فشار 1 اتمسفر به روش سایه نگاري مورد مطالعه قرار گرفت. اهداف این تحقیق، غلبه بر مشکلات گوناگون تکنیکی براي ثبت و تحلیل رفتار زمانی و فضائی پلاسماي حاصل و اندازه گیري دما و چگالی ذرات پلاسما می باشد. جهت بررسی پلاسما، تغییرات شدت الگوي پرتوي کاوش عبوري از پلاسما تا 400 نانوثانیه پس از لحظه برهمکنش به کمک دوربین CCD ویژه اي ثبت شد و بدین ترتیب سرعت انتشار امواج ضربه و دماي پلاسما بدست آمد.
مقدمه
مطالعه تجربی پلاسماي با چگالی تحت بحرانی به کمک روش هاي اپتیکی می تواند اطلاعات ارزشمندي را در مورد رفتار زمانی و فضائی پلاسما بدست دهد. براي این منظور استفاده از روش هاي اپتیکی نظیر تداخل سنجی و سایه نگاري بسیار مورد توجه است و بکار می رود.[1-2] تداخل سنجی به کمک باریکه هاي لیزر می تواند پس از ثبت سیستم تداخلی در حوزه زمان- مکان، براي محاسبه تحولات چگالی ذرات نظیر الکترون و ذرات خنثاي پلاسما مورد استفاده قرار گیرد. نحوه اجراي تداخل سنجی بسته به درجه یونش پلاسما متفاوت است.
شکل:1 آرایش تجربی براي مطالعه پلاسماي ناشی از برهمکنش لیزر با هدف. M آینه تمام بازتابان، OC آینه خروجی نوسانگر، ET اتالن، BS شکافنده پرتو، L عدسی، PC سلول پاکل، GT قطبی کننده گلن-تامسون، AM محیط فعال، AMP تقویت کننده،KTP بلور غیر خطی مبدل فرکانس، IC محفظه برهمکنش، AP روزنه، FLA روزنه محدود کننده میدان، ND فیلتر تضعیف کننده اپتیکی، CA دوربین، Ta هدف، Pl پلاسماي ناشی از برهمکنش. Nd:YAG ، تداخل سنج ماخ-زندر و محفظه برهمکنشIC که هدف Ta درون آن قرار دارد.
نوسانگر اول که از دو آینه تمام بازتابان M1 و M2، سلول پاکلPC ، قطبی کننده GT و محیط فعال AM تشکیل شده است براي تولید باریکه هاي کاوش در طول موج 532 و 1064 نانومتر بکار می رود و قادر است به روش نانو ثانیه. قله تپ کاوش 54 نانوثانیه پس از قله تپ برهمکنش قرار دارد. بسته به نرخ دمش محیط فعال نوسانگر، انرژي خروجی آن 45 تا 90 میلی ژول است. براي افزایش بیشتر انرژي تا 350 میلی ژول از تقویت کننده AMP به قطر 9 میلیمتر استفاده شده است. براي کاستن از پهناي بینابی نوسانگر، - افزایش طول همدوسی و کاستن از تعداد مدهاي نوسانی طولی - از اتالن ETمیلیمتربهضخامت 3 و ضریب بازتابش %20 براي هر سطح آن استفاده شد.
بدون ET فرانژهاي تداخلی تداخل سنج ماخ-زندر به دلیل افت وخیز پهناي بینابی ناشی از زنش میان مدهاي طولی تشدیگرو به سادگی بصورت تکرار پذیر بوجود نمی آمدند و از کیفیت و تمایز کافی برخوردار نبودند. روزنه AP به قطر 2/5 میلیمتر نیز براي بهبود کیفیت فضائی باریکه خروجی نوسانگر و حذف مدهاي عرضی مراتب بالا به کار رفته است. براي افزایش کیفیت فضائی باریکه کاوش و همچنین افزایش قطر باریکه براي پوشش دادن تمام مقطع پلاسما با پرتو لیزر، از عدسی L1 به همراه فیلتر فضائی متشکل از دو عدسی L2 و L3 به ترتیب با فاصله کانونی 5، 37 و 50 سانتیمتر و روزنهFLA2 به قطر 0/4 میلیمترانرژياستفاده شد.
باریکه تقویت شده به کمک عدسی L با فاصله کانونی 7/5 سانتیمتر که درون محفظه برهمکنش قرار دارد بر روي هدف Ta متمرکز می شود. محاسبه نشان می دهد که حداکثر شدت در نقطه کانونی عدسی در حد 2 1011 وات بر سانتیمتر مربع است. در این حال قطر لکه بر روي هدف حدود 0/1 میلیمتر می باشد. جهت برقراري همزمانی لازم میان تپ هاي نوسانگر کاوش و برهمکنش، سلول هاي پاکلز هر دو نوسانگر به کمک یک راه انداز سریع تحریک می شوند و امکان تنظیم لحظه تحریک سلول ها با لحظه دمش محیط هاي فعال لیزر با سیستم الکترونیکی مناسبی وجود دارد تا تاخیر زمانی مورد نظر و قابل تنظیم میان تپ برهمکنش، تپ کاوش و همچنین سیگنال همزمانی دوربین CA با تپ لیزر بوجود آید.
دوربین CA با امکان تحریک خارجی، مدل WincamD ساخت کمپانی Gentec است. دریچه الکترونیکی دوربین می تواند بسته به تنظیم دوربین حداقل 40 میکروثانیه از لحظه اعمال سیگنال همزمانی باز بماند، اما در هر صورت تفکیک زمانی تصاویر ثبت شده با پهناي زمانی 8 نانوثانیه اي باریکه کاوش تعیین می شود. تداخل سنج ماخ- زندر از دو شکافنده پرتو از دو تیغه بدون پوشش با صافی سطح بهتر از ربع موج در 633 نانومتر و دو آینه تخت آلومینیومی با کیفیت بسیار خوب، با طول هر شاخه 85 سانتیمتر تشکیل شده است که یکی از شاخه هاي آن از طریق یکی از پنجره هاي محفظه IC از درون پلاسماي حاصل از برخورد لیزر با هدف می گذرد و سپس از پنجره دیگر محفظه و از طریق آینه تمام بازتابان به خروجی تداخل سنج هدایت می شود.
