等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM01模（下称P-TM01模）。P-TM01模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM01模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度np、径向厚度Δrp和径向位置rp以及外加引导磁场强度Bz和波导半径rw等参数对P-TM01模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，np 和Δrp的变化对色散特性影响较大，rp，Bz和rw的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径rw的增加，相同纵向波数kz对应的P-TM01模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM01模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反，外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。（3）主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和kz相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在kz相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。
等离子体相对论微波发生器 慢等离子体波 色散特性 场分布 粒子模拟 plasma relativistic microwave generator slow plasma wave dispersion characteristic field distribution particle simulation 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043030
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043004
1 中国科学院微电子研究所光电技术研发中心，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
基于使用气体放电等离子体（DPP）极紫外（EUV）光源自研的小型反射率测试装置，分析了DPP光源参数及不同型号探测器对反射率测试的影响，提出了一种能量归一化的反射率测试方法，并测试了13.5 nm波长下Mo/Si多层膜反射镜的反射率特性。研究结果表明：在相同光源参数下，SXUV100型探测器的极紫外能量探测性能优于AXUV100G型；通过归一化使光能量波动对反射率测试光束的影响因子从6.2%降低到0.64%，多层膜反射镜的峰值反射率的测量重复性从4.34%提高到0.69%，与国外同等实验装置精度相当，实现了高精度反射率测试，可为极紫外光刻机的光学元件提供反射率测试。
极紫外 气体放电等离子体光源 反射率 能量探测 归一化
1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西高校微电子器件与集成电路重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时，金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象，部分频率的光被束缚在微纳结构中，而其他频率的光发生透射，从而实现滤色效果。采用时域有限差分法，对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时，还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明：与单层表面等离子结构相比，所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高；在可见光波段内，该滤波器具有偏振不敏感特性，半峰全宽的最小值为23.26 nm，并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。
表面光学 高传输效率 偏振不敏感 高选择性 双层等离子体 可见光
1 广东大湾区空天信息研究院，广东 广州 510530
2 武汉国家光电研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
4 俄罗斯研究中心库尔恰托夫研究所，俄罗斯莫斯科 125047
极紫外光源在半导体制造中的掩模检测、显微成像以及光谱计量等环节中有着重要的应用。激光诱导放电等离子体是产生极紫外光源的重要技术手段之一，搭建了一套二氧化碳激光诱导放电产生锡等离子体的实验装置，对产生的极紫外光谱进行了收集探测，并结合辐射磁流体动力学模拟对极紫外的辐射特性进行了分析。实验对比了激光等离子体和放电等离子体的极紫外辐射特性的区别，发现放电电压对激光诱导放电等离子体极紫外光的带内辐射强度有着重要影响。模拟发现，当电压为15 kV时，极紫外辐射总能量达到65.0 mJ，转化效率达到0.23%，光谱纯度达到1.69%。
激光光学 激光诱导放电等离子体 极紫外光 辐射磁流体动力学 转化效率
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401121
超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源，并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料，极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配，使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应，从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面，极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展，分析各种优化方法和光场调控手段，并对未来的发展趋势进行展望。
非线性光学 高次谐波 低密度等离子体 共振增强 极紫外波段
地膜为农业发展带来了极大的便利，但由于其稳定的理化性质，在自然条件下极难进行处理，若处理不当极易对环境造成严重威胁。为了探究低温等离子体降解技术中不同实验因素对农业地膜降解效果的影响，本研究采用自制针板电极结构，通过施加高频交流电压对聚乙烯地膜进行了等离子体处理。分析了输入功率、放电时间、电极数量以及空气流通等因素对地膜降解率的影响。通过地膜质量、拉曼光谱图、扫描电子显微镜以及相对分子质量等参数对比了处理前后地膜的变化。结果表明：当输入功率由 26 W 上升至 80 W，地膜降解率提升了约 2.6倍，提高输入功率可以增加反应空间内的高能电子和活性物质，但能量效率并未随降解率而升高，当输入功率为 51 W 时，能量效率最高为 58.82 μg/（W·h）；针尖数量会影响等离子体的均匀性和输入功率，随着针电极数量增加，地膜降解率由 3.49% 下降至 2.1% 后又上升到 3.57%；延长放电时间会导致分子链结构更容易受到等离子体攻击，发生断裂；此外，空气流动性会影响反应器内的臭氧浓度，当输入功率较低时，密闭环境下臭氧浓度更高，当输入功率提升至 80 W，具有良好空气流动性情况下臭氧浓度更高，有助于提升地膜降解率。
针板电极 聚乙烯地膜 高频交流 等离子体 Needle plate electrode Polyethylene film High frequency AC Plasma 辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010401
强激光与粒子束
2024, 36(1): 101004
