Введение к работе
Актуальность работы. Такие свойства лазерной плазмы, как быстрый вклад энергии, честационарность процессов ионизации и рекомбинации, широкий диапазон начальных условий, существование больших градиентов концентрации и температур дают возможность использования её при ооздании источников различного рода частиц. К настоящему времени разработано много источников, особенности конструкции и параметры которых определяются, в основном,типом используемой лазерной установки. Выбор лазера для данной работы был обусловлен рядом причин пак чисто технического, так и научного характера.
Известно, что основным недостатком лазерной плазмы как ионного источника является короткое время нахоядення плазмы в районе эмлсспоиаой щели источника, что связано с временем ионной эмиссии, п, как следствие, короткая длительность импульса ускоряемых ионов. Для увеличения длительности ионного пакета используются различные методы. Во-первых, так как энергетический спектр лазерной плазмы достаточно широк ( &Е~Е )t то с увеличением пролетпого расстояния от места образования плазма до места экстракции будет расти я длительность ускоренного пучка ионов. Во-вторых, попользуется внешнее магнитное поле для замедления разлета плазмы. Третьим, и наиболее простил способом, монет оказаться использование более длинного ,"' чем раньше импульса лазерного излучения.
Aopotaie эксплуатационные характеристики выбранного лазера: большая энергия излучения, высокая частота повторения импульсов генерации и возможность длительной непрерывной работы лазера послу-гшли основой для проведения работ по созданию ионного источника.
Целью работы являлась разработка ионного источника для технологического С02-лазера. Из-за отсутствия каких-либо данных об
использовании лазерного излучения большой длительности (Тн -десятки микросекунд) для получения ионных пучков, основное внимание было уделено:
исследованию процессов новообразования в лазерной плазме, образующейся под действием импульса СОп-лазера длительностью 20 * 40гжс;
изучению зависимостей зарядовых и энергетических характеристик формирующихся ионных пучков от параметров лазерного излучения ;
определению областей возможного применения продуктов разлета ЛГІФ и способов эффективного использования энергии лазерного импульса .
Научная новизна и практическая значимость работы. В настоящей работе впервые проведено комплексное исследование процессов ионо,-обраэования в лазерной плазме, создаваемой при взаимодействии излучения СО^-лазера с длительностью импульса 20-40 мкс с веществом. Исследовано влияние временного распределения энергии лазерного импульса па параметры Формирующихся ионных пучков, получены зависимости зарядовых, энергетических и количественных характеристик образующихся ионов от параметров лазерного импульса, рассмотрено временное протекание процессов ионизации н рекомбинации в лазерной . плазме.
Практическая ценность работы. На основе экспериментальных результатов разработан ионный источник для выпускаемой в НПО "Электрофизика" ( г. С.-Петербург) лазерной установки, в котором за счет согласования параметров лазера и выбора условий плазмо-образования удалось реализовать 3 режима работы источника: с преимущественным выходом многозаряднчх ионов (МЗИ), образованием интенсивных потоков положительных нпзкозарядных частиц или отрицательных ионов. Намечены пути совершенствования конструкции лазера для повышения эффективности работы ионного источника. Опре- -делены новые области использования лазерной плазмы, создаваемой
.излучением СОр-лазера большой длительности (ионная имплантация, нанесение покрытий, создание плёночных структур).
На защиту выносятся следующие положения:
I. Установлено, что, используя импульс С0о-лаэера с длительностью 20 * 40 ико и энергией 20 * 30 Дж, можно получить потоки плазмы с числом частиц /V+ до 10 и Л/~ до 10 15 за импульс, а также МЗИ ( Z ^ 10).
2. Обнаружено, что время эмиссии низкозарядных ио-
. нов ( Z = 1*3) определяется длительностью лазерного им
пульса, а МЗИ образуются'лишь в начале взаимодействия
лазерного излучения с веществом ( At 500 не).
3. Увеличение длительности лазерного импульса при
водит к росту доли низкозарядпнх низкоэнергетических
частиц в продуктах разлета лазерной плазмы.
4. Выявлена зависимость зарядового состава лазер
ной плазмы от толщины алиминевоЛ мишени, при этом мак
симальная степень ионизации испаренного вещества дости
гается при толщине плюмнневоЯ фольги 10*15 мкм.
5. Использованию лазерного импульса длительностью
, 20 +'40 мке при ооздаїши источника отрицательных пли
низкозяряд'шх положительных ионов позволяет в 4-5 раз снизить требования к энергии СОо-лазора по сравнению с лазерным импульсом длительностью «-« I МКС.
Апробация работы. Результаты работы по тепе диссертации докладывались на Ш Всесоозном со вешании "Физические проблемы лазерно-
- 4 -плазменной микротехнологии" г.Сочи, 1991; на Научно-техническом семинаре "Лазеры и лазерная технология"г.Санкт-Петербург,I992J на научных семинарах лаборатории "Электроиониэационных газовых лазеров" НИИЭФА им. Ефремова и кафедры Физики твёрдого тела МИФИ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в виде статей и препринтов. Список публикаций приведен в конце' автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заклочения, списка литературы, включащего 112; нозрвний , и приложения. Работа изложена на 105 страницах її . содержит 46 рисунков ( в тексте ).
