由激光靶冲量耦合实验结果判定激光支持爆轰波点燃阈值

根据激光吸收区等离子体组分与激光功率密度的关系判定激光支持爆轰波(LSDW)的点燃阈值。在激光靶冲量耦合实验的基础上,用悬摆动力学方程计算了激光支持爆轰波对铝靶冲量和冲量耦合系数;继而由靶冲量与激光吸收区膨胀介质(等离子体和气体)比热比的Jouguet条件,以及由二维流体动力学数值模拟获得的激光靶冲量随时间的变化过程,得到了激光吸收区介质的比热比随激光功率密度的变化情况,由此可得激光吸收区介质比热比随激光功率密度的增大而减少的结论;根据等离子体和气体比热比的差异定量分析了不同激光功率密度条件下激光吸收区气体和等离子体的构成。由等离子体含量随激光功率密度的变化关系得到了激光支持爆轰波的点燃阈值在(1.62±0.01)×108~(2.10±0.07)×108W/cm2间的结果。     

大气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验研究

研究了激光与铝靶相互作用过程中,大气中激光功率密度与铝靶获得的冲量耦合系数的关系,通过改变激光聚焦在靶面上的光斑大小,得到冲量耦合系数与激光功率密度的关系。实验结果表明,当入射激光功率密度为3.47×106W/cm2时,铝靶获得的冲量耦合系数最高。该入射激光功率密度最佳值与理论计算值6.14×106W/cm2符合得较好。用激光支持爆轰波(LSDW)与固体靶相互作用的二维模型理论计算得到的冲量耦合系数与实验结果比较,二者趋势相同,定量比较有较大差别,原因是所用激光光斑面积偏大,不能按照该理论的点爆炸模型来计算。     

波长与功率密度对激光烧蚀制备纳米粒子的影响

用TEA CO2 激光烧蚀方法制备了NiSO4 /Ni (Ac) 2 纳米粒子,其化学成分与靶材原料 十分相似,其中含少量Ni2O3。当采用被靶材物质直接吸收的激光谱线9P (18) 、9R (18)时,纳米粒子的保成分性较好,得到粒径10～20nm、分散性良好的圆形粒子,其功率密度阈值为1. 6×108w / cm2 ,其反应机理主要是共振吸收以及激光支持爆轰波的作用;当采用不被靶材物质直接吸收的激光谱线10P (18)时,得到粒径为20～25nm、分散性良好的方形粒子,其功率密度阈值为1. 9 ×108w / cm2 ,其反应机理主要是自聚焦和内爆轰的作用。当其它条件相同时,功率密度较大则粒子的粒度更细。     

用于激光对靶冲量测试的悬摆原理与应用

为了研究激光与靶材相互作用过程中存在的冲量传递问题,采用悬摆法和光电测速法相结合的测量方法,用于激光支持爆轰波对靶冲量耦合作用的实验测试研究.在考虑空气浮力、阻力、线重等因素后,建立合理的空气阻力模型,并根据功能原理和转动定理,得到了符合实际情况的悬摆运动方程,进而通过实验验证了摆运动方程的正确性.结果表明,该测试方法所得实验结果与BASS和CAI给出的实验结果基本一致.     

用于激光对靶冲量测试的悬摆运动方程研究

为研究激光与靶材相互作用过程中的冲量传递问题,提出了悬摆法和光电测速法相结合的测量方法,用于激光支持爆轰波对靶冲量耦合作用的实验测试研究.在考虑空气的影响后,建立空气阻力模型,并根据流体力学理论,得到了符合实际情况的悬摆运动方程,进而通过实验验证了摆运动方程的正确性.结果表明,该测试方法所得实验结果与M.Bass和Xijie Cai给出的实验结果基本一致.     

多波长飞秒激光损伤可见光滤光片的实验及机理

针对飞秒激光作用光学该实验条件下薄膜过程中损伤阈值与激光波长的关系问题,利用近红外波段波长可调谐的高重频飞秒脉冲激光,对可见光滤光片光谱通带的过渡区域进行了背向损伤实验,测量了不同波长下的平均功率密度损伤阈值,并从飞秒激光作用的雪崩电离过程出发,推导并计算了该阈值与薄膜干涉场分布的关系,理论结果较好的预测了不同波长下平均功率密度损伤阈值的发展趋势.研究表明,该实验条件下薄膜的飞秒激光损伤是整体行为,同一样品中,干涉场分布的平均值越高即膜层中瞬时驻留的激光能量越大时,相应损伤阈值越低.     

基于激光驱动的飞片动能数值计算

激光驱动飞片技术在新型动高压加载、模拟太空粒子运动规律方面有重要的应用价值,而基于激光驱动的飞片动能数值计算一直是研究的热点.本文以激光支持的爆轰波(LSDW)为理论基础,通过分析作用于飞片上的爆轰波压强随时间和空间的变化规律,并结合冲量定理以及动量与动能的对应关系解析得到飞片的动能计算式.最后,以铝飞片为例,详细分析了激光的功率密度、脉宽、飞片直径和厚度对飞片动能的影响,结果表明:激光功率密度越高,脉宽越长,飞片直径越大,厚度越小,飞片获得的动能越大.     

532 nm连续激光对砷化镓材料损伤的研究

利用532 nm连续激光对掺Si的n型砷化镓材料进行作用,材料的晶轴方向为〈100〉偏〈111A〉方向15°.实验观察到,连续激光与材料相互作用过程中,材料作用表面的反射光在观察屏上形成环状结构,认为是由夫琅和费衍射产生的,并首次提出将衍射作为探测材料损伤的方法.实验测得砷化镓的阈值损伤功率密度为2.56×105W/cm2.利用温度场的热传导方程计算获得材料的损伤阈值时间与入射光功率密度的关系曲线,并与实验曲线进行了比较.     

三脉冲激光支持爆轰波打孔实验

激光支持爆轰波在航天推进,激光微加工等领域具有广泛的应用前景。本文通过改进调Q技术,在一次氙灯泵浦的时间内输出3个强脉冲,对铝靶材进行打孔实验.研究结果表明:三脉冲激光对铝材料烧蚀,产生空洞结构,材料在三脉冲激光产生的爆轰波作用下被充分消融并向空洞结构四周扩散,沉积。     

LSD波点燃和初始阶段传播的光学干涉研究

本文首先从动力学出发分析了LSD波点燃过程,导出了LSD波速度、压力等物理量表达式.用马赫-曾德尔干涉仪同步研究了Nd:YAG激光与铝靶表面相互作用过程,首次获得了LSD波点燃和初始阶段传播的系列干涉图象,为LSD波理论模型研究提供了可靠实验数据.     

功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响

为了研究入射激光功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响,利用波长1.06μm,脉冲能量42mJ~320mJ,脉宽10ns的Nd:YAG激光作用在Al靶上,研究了冲量耦合系数Cm和激光功率密度I0的关系.实验发现靶材在离焦度χ不同时,Cm和I的变化关系相似,而对应的最佳功率密度明显不同.在功率密度由低慢慢升高过程中,冲量耦合系数先随功率密度升高而增加,升到最大值后随功率密度增加而减小.通过分析激光等离子体的吸收作用和离焦度不同时激光和靶相互作用机理的不同,认为Cm出现峰值主要是受等离子体屏蔽效应的影响,稀疏波的作用使得焦斑处最佳功率密度最大,而焦斑处空气击穿消耗能量导致焦后Cm峰值减小.     

强激光驱动冲击波特性研究

描述了用于激光冲击强化中的激光驱动冲击波的产生、测量及在材料中的传播特性。讨论了激光功率密度的变化对冲击波峰值的影响。并对水作约束层时产生的等离子体环现象进行了解释。最后讨论了激光波长和脉冲宽度的变化对冲击波的峰值和持续时间的影响。     

探测受声波调制的激光漫反射回波信号

基于光电接收目标的漫反射光原理,采用红外激光探测室内声波,在对目标特性研究和漫反射回波信号光功率估算的基础上,设计和研制了实验系统。用红外激光探测从玻璃目标返回带有受声波调制的激光漫反射回波信号,在6-63 m距离及直接反射光线与探测器光轴之间的夹角β≤±4°时,可以听见所探测到回波信号中的声音;当β=4°-15°时,可以探测到激光漫反射回波信号,但听不到声音。实验证明,利用漫反射激光探测室内声音的方法是可行的。     

液体中激光等离子体声波声谱特性研究

对高功率激光与液体物质作用时产生的等离子体声波声谱特性进行了实验研究.采用压电陶瓷(PZT)水听器测量了不同情况下的激光等离子体声波,对采集的信号经过傅立叶变换(FFT)后得到相应的声谱进行频谱分析.结果表明:激光等离子体声波的频谱分布、峰值频率与激光能量、激光在水下的衰减特性和水下环境无关.     

纳秒激光诱导K9玻璃损伤形貌研究

实验研究了纳秒激光脉冲聚焦到K9玻璃内部时产生损伤的特点,并基于激光等离子体冲击波的作用原理进行了理论分析.表面损伤的特点:当激光能量较小时,在入射激光的玻璃前表面不会产生损伤.随着激光能量的增加,会逐渐出现点坑状破坏,坑的中心是一个连接体损伤的核心,围绕该点的是完全融蚀区和最外部的环状破坏区.体损伤的形貌特点是沿激光入射方向呈纺锤状,破坏区中心有一条等离子通道,四周是断裂区和折射率区.在玻璃前表面上高斯激光脉冲产生激光支持爆轰波的特点是中间部分温度最高、运动速度最快、作用压强最大,从内到外逐渐减小,所以破坏程度也逐渐减小,呈辐射状分布.而玻璃内部的体损伤特点是由激光等离子体膨胀产生的冲击波作用由里到外逐渐减小的规律所决定的.     

激光等离子体空气冲击波前参量的测定及研究

根据空气中激光等离子体冲击波自由衰减条件下的波前传播方程和冲击波波阵面处动量、能量、质量守恒定律 ,给出了冲击波波阵面处温度、压强、气体密度、粒子运动速度等重要参数的计算公式 ,并与实验数据进行了比较。结果表明当波速小于空气中正常声速的 1 5倍时 ,波阵面处出现热力学量参数突变的冲击波模型不再适用 ,出现了冲击波向正常声波过渡的新特性     

大气呼吸模式激光推进数值分析

详细分析了激光击穿空气和激光维持等离子体爆轰波(LSD)的传播机制,基于Navier-Stokes方程建立了考虑湍流、等离子体辐射的流场分析模型,采用有限体积法系统分析了推进器喷管内等离子体冲击波流场的演变规律,研究了单脉冲激光能量大小和脉宽对推进性能的影响。数值仿真中明显捕捉到有关实验中观察到的马赫杆的产生与移动过程;得出了推力和冲量耦合系数随脉冲能量、脉宽的变化关系,计算结果与德国空间中心实验吻合得较好,为脉冲激光器的选择和脉冲参数优化提供了参考依据。