激光等离子体X射线（LPX）辐射及其实验研究

本文阐述了高功率激光作用到固体靶上产生激光等离子体X射线辐射（LPX）的过程及其主要特性。进行了LPX光谱特性的实验研究，获得了强激光作用下镁（Mg)元素5＝10A的LPX线状谱和连续谱，并对该实验结果进行了分析和讨论。     

激光入射角对光声信号大小的影响

本文分析了高强度激光斜入射时等离子体共振吸收对光声信号的影响，导出了等离子体共振吸收最强时激光入射角的表达式，得出了激光斜入射时，随着激光入射角的增大，光声信号会出现一个极大值，并通过实验进行了验证。     

Compton散射下等离子体初温对质子产生的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和二维particle-in-cell(PIC)粒子模拟程序,研究了Compton散射下等离子体初始温度对质子产生的影响,并进行了数值模拟。结果表明:与Compton散射前相比,随着等离子体初始温度的增加,产生的质子数有更显著的增加,靶前和靶后质子能谱曲线趋于平滑,加速质子数量的差别减小。当入射激光强度增强时,随着等离子体初始温度的增加,质子增加的相对幅度有明显减小。当入射激光强度减弱时,随着等离子体初始温度的增加,质子能谱曲线仍有清晰的区别,质子数量和速度都有明显的增加。     

紫外激光辐照对碳纳米管形态的影响

采用波长为355 nm的紫外激光对双壁碳纳米管（DWNTs)长丝进行了辐照实验并用扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱进行了检测。在紫外激光作用下，随着激光线能量的不同，双壁碳纳米管长丝内发生了一定的形态变化。入射激光线能量为103 mW·cm-2/mm数量级时双壁碳纳米管长丝中的变化最为明显。当入射激光线能量在此数量级以下时，双壁碳纳米管中的结构变化较小，主要出现了一些团聚的铁颗粒;激光线能量达到该数量级时，产生了大量铁颗粒，部分双壁碳纳米管转化为碳纳米葱;激光线能量超过此数量级时，铁颗粒减少而碳纳米葱增多，尺寸增大。     

真空环境下脉冲激光烧蚀等离子体羽流特性分析

激光清除空间碎片利用的是高能脉冲激光烧蚀固体靶材的冲量耦合效应,对于空间碎片来说,激光辐照下的反冲冲量取决于碎片等离子体羽流的喷射过程,并且会随着激光辐照方向的变化而变化。因此,有必要研究空间碎片激光辐照下的等离子体羽流特性。针对等离子体羽流的流场超高速、瞬态、强自发光背景、小尺度的技术难点,采用纳秒级曝光、多幅照片精确拼接技术,采用高速相机和激光器同步时序控制技术,实现纳秒级时间分辨率、亚微米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,实验获得典型碎片材料等离子体羽流演化特性,以及不同激光入射角度下的等离子体羽流演化过程,实验结果可揭示反喷冲量形成规律。     

激光等离子体的辐射与自吸收现象研究

脉冲强激光辐照固体靶材时,会讯速地在靶材表面形成一个高高压的等离子体区哉。该等离子体区域在吸收入射激光的同时,会发出很强的紫外以至ｘ光辐射,它们与靶材有着更强的耦合。本文给出了等离子体中辐射传输的微分方程,并通过对等离子体中辐射和自吸收现象进行讨论,给出了在考虑再辐射效应时,等离子体辐射能流与等离子体参数及激光参数的关系。     

非线性光学及其器件

用斜入射方法并考虑了激光被折射和 P 极化激光的共振吸收,计算了碳纤维靶的等离子体状态和激光增益。激光斜入射获得的类 H-碳的 n=2、3跃迁的激光增益系数,比按垂直入射的计算的值略大,但是,增益系数的空间分布变得更窄。激光增益发生在更靠近靶的外表层。参6     

激光诱导Al等离子体发射光谱分析

激光诱导等离子体技术长期以来都是研究激光与物质相互作用的重要课题。研究并设计了激光诱导等离子体实验系统,应用Nd:YAG激光器诱导Al样品产生等离子体,获得了不同能量下的Al等离子体发射光谱,分析了Al样品中所含元素种类以及谱线强度与激光能量之间的变化关系。实验结果表明,Al样品中含有Fe、Mg元素,随着激光能量的增大,谱线强度明显增大。     

不锈钢CO2激光焊接等离子体行为特性实验研究

采用3.5kW Slab CO₂激光焊接不锈钢,利用高速摄像观测焊接等离子体形态,采用光谱仪探测等离子体光谱,并利用相对强度法计算等离子体电子温度。结果表明:在氦气保护下,等离子体高度随时间周期性振荡,振荡频率约为530Hz;熔池表面附近等离子体的温度为8392K左右。进一步分析表明,等离子体对入射激光的吸收不足10%;等离子体周期性振荡对焊接过程稳定性影响不明显。     

连续激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏。建立了激光与皮肤组织相互作用的二维非稳态温度场模型,在柱坐标系下采用积分变换法精确求解了平顶和高斯分布的连续激光辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布,并以氦氖激光辐照皮肤组织为例,数值模拟了皮肤组织在激光作用下的温度分布。研究结果表明：皮肤组织径向温度分布与入射激光光束的光强分布相似,激光与组织热效应在很大程度上取决于激光参数,主要有激光功率、焦斑半径等。     

激光预脉冲对双层靶LPX辐射特性的影响

以激光产生的等离子体作为短波激光的激活介质,是目前实现X射线激光最有希望的方案之一,早在1985年,美国利弗莫尔国家实验室(LLNL)的D.L.Matthaws等人首次观察到了硒等离子体介质中类氖离子的20.9nm和20.6nm跃迁的短波激光输出,这给许多实验室X射线激光研究带来了新的生机。继后许多实验报道了他们利用各种机制所取得的结果,目前认为最有希望的泵浦机制是电子碰撞激发和碰撞复合,相应地它们对激光条件和靶的结构要求是不同的。为此,我们在文献[3]中已较系统地研究了激光与高、中和低Z元素靶相互作用的辐射特性,在文献[4]中研究了激光产生的等离子体基本参数和分布特性,在文献[1]中研究了不同结构靶对短波域粒子数反转的影响。本文是在上述工作的基础上,进一步深入地研     

激光空间整形实现直接驱动惯性约束聚变球靶均匀辐照

在保持间接驱动光束排布结构及束数不变的条件下,通过对各路入射光横截面强度分布进行调整,消除多光束叠加后球靶表面光强大尺度的不均匀性。建立了描述球靶表面多光束叠加分布的计算机模拟平台。根据光束入射条件,计算出多束光在靶面叠加后的光强分布及其不均匀度。利用加权平均的思想,得出实现均匀强度叠加所需要的各入射光焦面强度分布状态。根据激光传输理论,计算出可实现球靶均匀辐照的进入靶室聚焦透镜之前的光电场分布。     

激光斜冲实验与理论研究

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束沿法向作用于零件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力,但在曲面零件冲击成形时很难满足每次都为法向垂直冲击,因此非常有必要进行斜冲击研究。用钕玻璃激光器斜冲击LD31(6063)板料,并使用千分尺对变形特征进行了测量,实验表明等离子体的迎光性以及等离子体与激光之间的相互作用使得等离子体逆着激光方向斜膨胀,产生的应力波则顺着激光方向斜冲击板料,造成了被冲击板料变形的偏心。在激光能量约为42 J,脉冲宽度约为23 ns,光斑直径为8 mm,入射角度约为0°,30°,60°时,板料的偏心依次为1.00 mm,1.68 mm,3.77 mm,深度方向变形依次为5.60 mm,5.00 mm,3.00 mm,变形最大点显微硬度提高率依次为50%,33.3%,25%。     

准分子激光对钛宝石辐照作用的研究

采用波长为193 nm的ArF准分子激光对钛宝石进行辐照,对比辐照前后的吸收光谱,218 nm处的吸收增加幅度明显大于193 nm和266 nm的吸收峰.通过对不同品质因素(FOM)值样品在420 nm处的荧光强度检测,发现FOM值随荧光强度减小而增大,对比钛宝石样品在准分子激光辐照前后的420 nm荧光谱,可以发现荧光强度明显降低.在检测样品的电子顺磁共振(EPR)谱后发现,Ti3 离子的电子顺磁共振信号在辐照后强度明显增强.表明钛宝石在准分子激光辐照过程中有Ti4 离子向Ti3 离子转变趋势.     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

基于回光强度的平面标靶自动识别方法

平面标靶在中长距离三维激光扫描仪的检校、数据采集、单点测量等环节中发挥着重要作用,而平面标靶的高精度、自动化识别是在其使用中面临的一个关键问题.在分析扫描数据特点的基础上,提出一种基于回光强度的平面标靶自动识别方法.具体的步骤为:改正回光强度以消除距离的影响;基于回光强度进行阈值分割以得到平面标靶点云;提出一种基于扫描...     

等离子体会聚引起的LPX射线发射增强

本文设计出一种新型的凹形靶,使激光产生的等离子体具有自动会聚效应,从而在实验上发现LPX发射极大增强现象。实验和理论光谱分析表明了LPX发射增强主要是由等离子体中电子与离子强相互碰撞引起。     

The measurement and use of registered reflectance and range data in scene analysis

The theory and use of a laser sensor designed to provide arrays of registered intensity and range data for three-dimensional scene analysis are described in this paper. Equations are derived to relate the mean and variance of both the intensity and the range data to the physical properties of the target and the parameters of the sensor. Experimental results that verify these equations are given. Adaptive data smoothing and normalization procedures are presented. These procedures reduce photon noise and correct the intensity data for inverse square-law effects. The resulting intensity data give the product of the diffuse surface reflectance and the cosine of the angle of incidence for each picture element in the scene. Simple procedures are given for finding outlines of occluding objects, obtaining normal views of obliquely sensed planar surfaces, and extracting the images of horizontal surface regions from a scene. These procedures demonstrate the advantages of having registered reflectance and range data for scene analysis.     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。