长脉冲激光诱导单晶硅产生等离子体特性

针对毫秒脉冲激光诱导单晶硅产生等离子体演化规律,利用光学阴影成像法研究单晶硅燃烧波膨胀过程,分析不同时刻等离子体状态,采用双端口光谱仪分析等离子体光谱,计算等离子体的主要特征参数.结果表明:随着激光能量密度的增加,燃烧波膨胀距离和膨胀速度增大,径向膨胀速度小于轴向膨胀速度;等离子体主要在单晶硅表面附近加速最大;等离子体膨胀时,观察到长脉冲特有的喷溅现象;激光能量密度在337.0~659.7 J/cm²之间时,电子温度量级为10⁴ K,等离子体电子温度、电子密度随激光能量密度增加而增加.     

长脉冲激光辐照单晶硅的表面形态

针对长脉冲激光在空气中对单晶硅进行辐照所产生的表面形态问题,研究了不同能量密度的激光辐照后单晶硅的表面形态变化及其形成机理.结果表明:单晶硅表面的涟漪波纹状微结构与光的散射和干涉有关;随着激光能量密度的增加,单晶硅表面出现解理现象,其主要是由较高的温度梯度而引起的应力所致;熔融和汽化时的单晶硅表面形态主要是由载流子动力及等离子体波引起的;激光辐照单晶硅中心点温度曲线在单晶硅熔点和沸点附近时出现平台期,这是由于材料在熔融和气化过程中要吸收潜热;激光能量密度越大,单晶硅表面的损伤面积越大.     

高斯长脉冲激光辐照单晶硅温度场的数值模拟

建立二维轴对称模型,通过Matlab软件对长脉冲高斯激光与单晶硅相互作用的加热过程进行数值模拟。分析不同激光功率密度和辐照时间作用下单晶硅的温度分布和温度历史, 估算单晶硅的熔融损伤阈值和热量沉积深度。结果表明:单晶硅的熔融损伤阈值的功率密度I₀=0.22 MW/cm2且激光热量沉积深度大约在1 mm范围内; 单晶硅的温度随激光功率密度和辐照时间的增加而升高,且随着光斑半径方向的延伸与靶材厚度的增加而逐渐减小; 在脉冲作用期间,硅表面中心温度迅速上升,这主要由高斯激光的能量分布特点决定; 在激光作用结束后,辐照区的热量通过热传导效应从高温区向低温区转移,单晶硅的表面中心温度随时间的增加而缓慢下降, 最后趋于室温。     

激光能量对Si等离子体电子温度的影响

建立一套激光等离子体光谱测量实验装置,以Nd:YAG调Q倍频固体激光器为激发光源,硅作为样品.通过改变激光输出能量,获得Si样品的等离子体谱图,对Si的等离子体谱图进行分析,根据玻尔兹曼分布,计算出Si的等离子体电子温度,并分析Si的等离子体电子温度随激光能量改变的变化趋势.     

脉冲串毫秒激光对单晶硅的热损伤

单晶硅广泛应用于光电系统领域,在激光作用下易于造成热损伤,其性能将发生显著变化。针对高精激光武器和激光精细加工产业的迫切需求,本文研究脉冲串毫秒激光作用单晶硅的热损伤问题,分析激光能量密度、脉冲个数等与热损伤的重要特性参数温度的关系,探索损伤规律和机理。从仿真和实验两方面对脉冲串毫秒激光对单晶硅的热损伤进行研究。基于热传导方程建立毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤模型,利用有限元、有限差分方法求解脉冲串毫秒激光作用单晶硅的温度场,模型中引入等效比热容的方法处理熔融和汽化后的相变问题,实现了对模型温升的修正。构建毫秒脉冲激光损伤单晶硅的温度测量系统,利用高精度点温仪对脉冲时间内的激光辐照中心点温度进行实时测量。研究结果表明,脉冲串激光作用单晶硅靶材时,激光辐照中心点及径向、轴向位置具有温度累积效应,径向温升范围远大于轴向;随激光能量密度增加,温度累积效应显著;随着脉冲个数的增加,单晶硅靶材熔融固化时间和从熔点降至常温的时间加长;激光脉冲个数增加90个时,单晶硅热损伤阈值下降到单脉冲损伤阈值的73.8%;当脉冲个数增加后,单晶硅损伤面积增大。实验与仿真研究结果对比可以看出,两方面研究结果的规律基本一致,仿真模型可以合理的描述毫秒脉冲激光损伤单晶硅的过程。     

激光诱导Cu等离子体发射光谱特性的实验研究

为研究激光与材料相互作用的机制,获得激光等离子体的状态参数,利用XeCl准分子激光器（308 nm,～200mJ）烧蚀纯铜样品获得等离子体,使用光栅光谱仪获取了激光诱导的纯铜等离子体发射光谱.在局部热力学平衡（LTE）条件下,根据所选定特征谱线的相对强度,利用多谱线斜率法,计算得到等离子体激发温度为1.6×104K,并给出了等离子体温度的时间演化规律.通过拟合得出其特征谱线线形符合Lorentz线型.     

毫秒激光辐照单晶硅产生燃烧波仿真及实验

为了研究毫秒脉冲激光作用单晶硅产生燃烧波的动力学行为,基于流体力学理论和气体动力学理论,通过建立毫秒脉冲激光辐照单晶硅燃烧波模型对燃烧波的产生及扩展运动进行仿真.结果表明,燃烧波扩展速度幅值的最大值出现在燃烧波前端附近,主要扩展方向为逆激光入射方向的径向,激光能量密度和脉冲宽度是燃烧波扩展运动行为过程中的重要影响因素,毫秒脉冲激光作用单晶硅产生燃烧波的膨胀速度会出现二次增加现象,激光损伤效果得到增强.     

大气脉冲放电等离子体电子温度的研究

设计了一种在大气下脉冲放电产生毫米量级等离子体柱的裴置，采用延时光谱法，用3．5kHz直流脉冲电源在气液界面放电，产生等离子体，对其进行了时间分辨光谱研究．根据大气脉冲放电等离子体的光谱图，测量和计算了等离子体的电子温度，并考察了其随放电峰值电压和时间变化的关系．结果表明：电子温度随电压的升高而增加，随时间延长先增大后减小．     

大气脉冲放电等离子体电子温度的研究

设计了一种在大气下脉冲放电产生毫米量级等离子体柱的装置,采用延时光谱法,用3.5 kHz直流脉冲电源在气液界面放电,产生等离子体,对其进行了时间分辨光谱研究.根据大气脉冲放电等离子体的光谱图,测量和计算了等离子体的电子温度,并考察了其随放电峰值电压和时间变化的关系.结果表明:电子温度随电压的升高而增加,随时间延长先增大后减小.     

长脉冲激光辐照硅材料热应力的数值模拟

采用matlab数值模拟了长脉冲激光辐照硅材料的热应力分布,模拟了材料的径向与环向热应力,分析了激光参数与辐照时间对热应力的影响。结果表明：在材料损伤过程中环向应力起主要作用,材料所受到的应力随时间的增加而增大,激光功率密度越大,材料的损伤阈值越小,越容易发生破坏。     

毫秒脉冲激光诱导金属铝等离子体膨胀研究

基于马赫泽德光学干涉法对毫秒脉冲激光诱导铝等离子体膨胀过程进行了研究。利用高速相机获得了铝等离子体膨胀图像,给出了等离子体膨胀距离和膨胀速度随时间以及激光能量的演化曲线。实验结果表明,毫秒脉冲激光诱导铝等离子体膨胀过程伴随着较强材料溅射,激光脉冲能量对等离子体膨胀速度时间演化曲线有一定的影响。在80J激光能量作用下诱导的铝等离子体膨胀速度为141.2m/s,产生了激光支持燃烧波。     

射频辉光放电氩等离子体诊断分析

为了获得等离子体抛光实验平台中氩等离子体的参数,利用Langmuir单探针与发射光谱法对其进行诊断分析,根据Langmuir探针原理计算了氩等离子体的电子温度与电子密度,采用双谱线相对强度法估算了氩等离子体温度及电子密度.实验结果表明：当射频电源功率在40～120 W时,电子温度随射频电源功率增加而增加,电子温度范围为2.41～5.03eV,等离子体温度随射频电源功率变化不大;两种方法测得的电子密度存在偏差,其随射频电源功率变化的趋势是一致的.     

高能脉冲CO2激光等离子体波导的研究

等离子体波导是延长强激光与等离子体相互作用长度的有力工具.文章论述了等离子体波导的基本原理,推导了匹配的光斑半径公式,评述了强激光脉冲等离子体波导的最新研究进展,针对现有毛细管放电等离子体波导和固体激光等离子体波导结构的不足,提出了一种利用高能脉冲CO2激光击穿低压气体产生波导的新方案,该等离子体波导口径小、存续时间长,降低了超强激光束与等离子体波导之间的同步要求.     

弯曲等离子体中X射线激光传播特性研究

介绍了在泵浦激光辐照弯曲靶情况下X射线激光（XRL）的生成放大过程,依照London理论建立了简化的弯曲等离子体模型,并通过简化模型研究了X射线激光在弯曲等离子体中的传播和增益过程,给出了光线传播的简化解析方程．模拟结果说明当弯曲靶表面曲率半径为2．8～3．0m时输出效果最好,并在随后进行的类氖-钛XRL实验中证明了弯曲靶技术能明显提高XRL输出强度．但实验结果表明输出强度没有质的跃变,原因可能是驱动能量低．模拟结果较好地符合了实验结果。     

弯曲等离子体中X射线激光传播特性研究

介绍了在泵浦激光辐照弯曲靶情况下X射线激光(XRL)的生成放大过程,依照London理论建立了简化的弯曲等离子体模型,并通过简化模型研究了X射线激光在弯曲等离子体中的传播和增益过程,给出了光线传播的简化解析方程.模拟结果说明当弯曲靶表面曲率半径为2.8~3.0 m时输出效果最好,并在随后进行的类氖-钛XRL实验中证明了弯曲靶技术能明显提高XRL输出强度.但实验结果表明输出强度没有质的跃变,原因可能是驱动能量低.模拟结果较好地符合了实验结果.     

利用光谱法测量飞秒激光脉冲宽度研究

基于光谱法对飞秒激光振荡器的脉冲宽度进行了测量,并与自相关仪的测量进行对比。研究结果表明光谱法与自相关仪测量的脉冲宽度值相吻合,建立一种实验室内飞秒激光脉冲宽度的测量方法。     

双脉冲激光锡等离子体数值模拟研究

为了提高13.5 nm激光锡等离子体光源的极紫外辐射转换效率,双脉冲技术是一种行之有效的方法,通过数值模拟获得基于双脉冲激光驱动的液滴锡靶等离子体参数的演化行为与辐射机理对设计优化实验方案具有重要意义。利用Flash代码数值模拟研究了双脉冲激光辐照液滴锡靶产生的等离子体在不同波长组合及延时情形下的演化行为,研究结果表明：在双脉冲的时间延时间隔恒定时,主脉冲激光能量的增加会提高等离子体羽辉膨胀速度,导致更高的等离子体温度。随着CO₂激光与光纤激光脉冲之间延时的增加,靶材表面等离子体的峰值电子密度逐渐减少,渐趋于临界电子密度,等离子体冕区的电子温度呈下降趋势,且由等温膨胀转换为绝热膨胀的时间间隔增加。CO₂激光与光纤激光组合驱动的锡等离子体具有更加合适的极紫外辐射等离子体温度,具有获得较高极紫外辐射转换效率的潜力。     

脉冲激光能量密度对ZnS薄膜的影响

采用YAG固体激光器（1064nm）和XeCl（308nm）准分子激光器，利用脉冲激光沉积技术，研究了不同的脉冲激光能量密度和不同波长的激光器对制备的ZnS薄膜的影响。利用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对制备样品的结构、形貌特性进行了表征。结果表明：脉冲激光能量密度过高会使薄膜质量变坏；XeCl激光器制备的薄膜质量更好。     

水中脉冲放电等离子体特性数值解析

根据能量,动量,质量守恒方程描述了等离子体脉冲放电圆柱形通道特性,并利用四阶Rounge-Kutta法求解了通道的电流、温度、半径、粒子密度和压力随时间的变化及其相互关系,为进一步研究水中脉冲放电等离子体的化学和物理效应提供了参考.