Investigation of early-time dynamics of laser-produced carbon plasma by collective Thomson scattering

通过集体汤姆逊散射研究激光产生的碳等离子体的早期动力学

基本信息

  • 批准号:
    22KJ2443
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2023-03-08 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Laser-produced plasma (LPP) has been studied for over 50 years due to its relevance to several prominent scientific and industrial applications, such as inertial controlled fusion and extreme ultraviolet lithography (EUVL) for semiconductor manufacturing. Therefore, understanding the LPP characteristics during the laser irradiance is of great research interest. However, experimental studies on LPP dynamics during and soon after (< 50ns) the laser irradiance have never been performed. The major reason for this is that LPP is highly non-uniform and changes rapidly in both space (within tens of micrometers) and time (within nanoseconds), making the early LPP dynamics unclear.For the first time, we have demonstrated that such investigations are possible by utilizing the collective Thomson scattering method (CTS). It provides highly spatial and temporal resolved plasma parameters (electron density, electron temperature, and velocity field) of carbon LPPs in a 2-dimensional space, at the time delay of 0 to 14 ns after the laser peak. Additionally, we performed a 2D radiation hydrodynamic simulation under identical conditions as those used in the experiments. Therefore, the results allow for a first test of existing theoretical models and simulation codes. We found that the 1-dimensional isothermal model could better describe the LPP expansion at this early stage, rather than the well-accepted adiabatic model.
激光产生等离子体(LPP)已经研究了50多年,因为它与几个突出的科学和工业应用相关,例如用于半导体制造的惯性控制聚变和极紫外光刻(EUVL)。因此,了解激光辐照过程中的LPP特性具有重要的研究意义。然而,在激光辐照期间和之后不久(< 50ns)的LPP动力学的实验研究从未进行过。其主要原因是LPP高度不均匀,并且在空间(数十微米内)和时间(纳秒内)上变化迅速,使得早期LPP动态不清楚。我们首次证明了这样的研究是可能的利用集体汤姆森散射方法(CTS)。它提供了高度空间和时间分辨的等离子体参数(电子密度,电子温度和速度场)的碳LPPs在一个2维空间中,在0至14纳秒的时间延迟后的激光峰值。此外,我们进行了2D辐射流体动力学模拟实验中使用的相同条件下。因此,结果允许现有的理论模型和模拟代码的第一次测试。我们发现,一维等温模型可以更好地描述在这个早期阶段的LPP膨胀,而不是公认的绝热模型。

项目成果

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专利数量(0)
"Investigation of laser-produced plasma during the irradiation using collective Thomson scattering"
“利用集体汤姆逊散射研究照射过程中激光产生的等离子体”
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yiming Pan ;Kentaro Tomita,
  • 通讯作者:
    Kentaro Tomita,
Investigation of the early-stage dynamics of laser-produced plasma using collective Thomson scattering
使用集体汤姆逊散射研究激光产生的等离子体的早期动力学
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yiming Pan ;Kentaro Tomita;Atsushi Sunahara;Katsunobu Nishihara
  • 通讯作者:
    Katsunobu Nishihara
Investigation of dynamics of laser-produced carbon plasma during the laser irradiation using collective Thomson scattering
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/aca6f5
  • 发表时间:
    2023-01-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Pan, Yiming;Tomita, Kentaro;Nishihara, Katsunobu
  • 通讯作者:
    Nishihara, Katsunobu
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    $ 1.09万
  • 项目类别:
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