激光支持爆轰波点燃阈值的声学判断

不同功率密度的高功率激光与材料相互作用时将发生激光支持燃烧波或激光支持爆轰波的现象。为了获得激光支持爆轰波的点燃阈值,采用了波长为1064nm的激光作用在铝靶表面,产生的等离子体声波的峰值声压与作用激光功率密度间存在跃变阶段,并进行了理论分析和实验验证,取得了激光支持爆轰波的点燃阈值,与采用其它方法得到的结果基本吻合。实验结果对了解激光与物质相互作用机理和过程是有帮助的。     

重频脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验

对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J,脉宽为90 ns,重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器,对K9玻璃样品进行了激光损伤实验,观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明,重频越高,对样品的损伤程度就越严重;应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因,在重频强激光的辐照下,K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光,伴随明显的熔融气化破坏,并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用,这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真,其计算结果与实验基本吻合。     

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。     

不同激光参数与真空中铝的冲量耦合

冲量耦合是高功率激光烧蚀材料过程中的一个重要物理现象,成为许多应用研究的物理基础,而激光对材料的冲量耦合大小直接与所采用的激光辐照参数密切相关.在真空中,冲量耦合仅由蒸发波决定,反冲压力存在时间主要取决于激光脉冲维持时间,因而冲量计算须考虑材料的非定常气化过程.利用非定常透明蒸汽模型,研究了真空条件下不同波长和不同脉宽激光与铝靶作用时的冲量耦合系数及随入射激光功率密度的变化关系,计算结果与实验结果符合较好.     

用激光冲击波无损评估材料内部的均一性

利用脉冲激光诱导的冲击波对材料的内部组织结构进行无损评估，首次通过测量激光在铝和碳纤维／环氧复合材料中诱导的冲击波获得了材料内部的均一性信息。     

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。     

点火药爆轰场和起始燃烧过程的时间序列干涉法显示

本文利用脉冲YAG激光引燃点火药产生爆轰场和燃烧场,用时间序列干涉法来获得爆轰场和燃烧的时间序列干涉图。其中时间序列干涉法是由大口径长程干涉仪,序列脉冲激光光源和旋转直角棱镜扫描式高速摄影仪组成。这些时间序列干涉图是进一步研究点火药爆轰场和燃烧场特性的基础。     

飞秒激光诱导Si表面周期条纹结构形成的超快成像研究

正飞秒脉冲激光出现以后,飞秒激光与物质相互作用得到了广泛的研究,出现了许多新现象、利用飞秒激光照射半导体材料表面,形成了周期远小于激光波长的纳米周期结构。建立了飞秒激光超快成像系统,直接观察到了飞秒激光诱导Si表面周期条纹在3 ns时间范围内的演化过程。将一束800 nm、50fs的线偏振飞秒激光分成两束,其中一束照射Si表面诱导产生周期条纹结构;另一束光经透镜会聚至水中产生脉宽约为1 ps的白光,利用此白光作为光源对周期条纹结构成像。改变两光束间的延迟时间,可得到飞秒激光诱导周期条纹结构在不同时间尺度的图像。通过观察发现,当激光脉冲能量大于材料单脉冲烧蚀阈值时,经3个飞秒脉冲照射后,能够产生规则的周期条纹结构,条纹垂直于激光偏振方向,周期约为500 nm。在时间尺度上,800 nm飞秒脉冲照射后,材料表面反射率增强,说明由于飞秒脉冲照射激发了材料表面等离子体的产生。约20 ps后,条纹开始出现;之后随着条纹长度、深度的增加,约70 ps后,能够观察到较清晰的周期条纹;经比较,在飞秒脉冲照射后约600 ps时,周期条纹形状与材料表面凝固后所产生的条纹结构基本相同。这一研究对飞秒激光诱导表面周期结构的形成机理具有重要的意义。     

纳秒脉冲激光加工高反射率铝膜

为了研究基于近红外纳秒脉冲激光的高反射率金属薄膜的加工可行性以及加工效果, 采用纳秒脉冲激光对高反射率铝膜进行激光加工, 分别测量了在不同激光光斑尺寸和不同激光能量的条件下, 铝膜表面所发生的烧蚀形态变化。结果表明, 即使铝膜表面反射率高达96%, 依然能对铝膜进行激光加工; 使用较高功率激光对铝膜表面进行离焦加工(能量密度约小于1000J/mm2)的烧蚀图样比使用较低功率激光对铝膜表面进行对焦加工(能量密度约大于2000J/mm2)的烧蚀图样更加规则。相关实验结果对激光加工高反射率材料时激光参量的选择可起到一定的指导作用。     

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.     

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.     

铝锂合金光纤激光切割的工艺优化与设计

铝锂合金是航空航天工业中最理想的轻质高强结构材料,为提高铝锂合金切割质量,采用1 k W光纤激光器对2 mm铝锂合金进行切割试验。初步探讨了离焦量、辅助气体压力、激光功率和切割速度对切割质量的影响,深入研究了连续激光模式与脉冲激光模式下的切割质量差异,结果表明脉冲模式下切缝挂渣少、粗糙度小。在此基础上,通过正交试验直观分析、方差分析、信噪比分析对工艺参数进行优化设计,最终获得良好的切割质量:挂渣厚度为0.087 mm,表面粗糙度为4.81μm。     

空气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验(Ⅱ)

为了研究大气条件下,正焦移距离对冲量耦合系数的影响,采用能量为15.7(16%)J 的激光脉冲聚焦于铝靶前端,通过改变激光焦点距离靶面的位置,获得了冲量耦合系数与正焦移距离的对应关系。结果表明脉冲激光在与大气环境中的铝靶相互作用时,靶面通过能量转移获得的冲量耦合系数与激光焦点距离靶面的位置呈非单调性变化。焦移距离在从0~20 mm 之间变化时,获得的冲量耦合系数从4.4810-5 Ns/J 连续下降到1.6810-5Ns/J,随着焦移距离的进一步增大,冲量耦合系数在20~35 mm 间呈缓慢上升趋势,在35 mm 处升至2.2110-5 Ns/J 后转而下降,在45 mm 处降至1.9110-5Ns/J。文中采用大气中激光支持爆轰波与固体靶面相互作用的二维模型对上述物理过程进行理论计算,获得了与实验结果较为一致的结论。     

飞秒激光诱导材料表面纳米结构研究新进展

综述了利用飞秒激光脉冲在材料表而产生纳米结构现象的最新研究进展,介绍了在飞秒激光烧蚀过程中不同激光参量对纳米结构的影响,总结了纳米结构形成的主要物理机制。     

强激光辐照探测器材料力学效应的解析研究

当探测器材料受激光辐照时,由于吸收激光的能量,从而在材料体内形成一个不均匀分布的温度场,由于材料是连续分布的介质,其各部分不能自由地膨胀,相互制约,从而产生热应力。一旦靶材中产生的热应力超过靶材的破坏强度,便会使材料造成永久性的损伤破坏。当辐照激光功率密度不高时,产生的热应力对靶材的破坏是一种十分重要的破坏机制。采用解析方法,研究了连续波化学激光辐照探测器材料时产生的温升及热应力,讨论了不同激光参数（ 强度、波型、波长及脉冲持续时间） 与温度变化及热应力之间的变化关系,以及造成探测器材料热应力损伤的激光强度阈值。     

激光技术与应用

利用超短脉冲激光器产生的高功率太赫兹波及其应用；量子级联激光器的现状和未来发展；利用飞秒激光器进行材料表面改性与加工；在Si基板上通过微细金属狭缝实现飞秒激光烧蚀加工；利用飞秒激光器形成周期性结构和表面功能……[编者按]     

纳秒激光诱导聚酰亚胺薄膜周期性结构的产生

采用波长为355 nm、脉宽为7 ns、重复频率为1 Hz的线性偏振激光在聚酰亚胺薄膜表面制备了微米量级的周期性表面结构,并讨论了激光参数对条纹形貌的影响。实验发现,周期性结构的产生存在一定的能量密度阈值和脉冲个数阈值,当激光能量密度范围在54~586 mJ/cm2,脉冲个数在1~50时,能在聚合物薄膜表面产生周期为4~6.65 μm的规整条纹结构。在保持激光能量密度不变的情况下,增加脉冲个数,或者保持脉冲个数不变,增大入射到材料表面的激光能量密度,都能引起条纹周期增大,并且根据实验结果,随着脉冲个数的增加,烧蚀坑的深度增加,LIPSS能持续出现在坑底。此外,为分析周期性结构形成的可能原因,通过对热传导模型的建立讨论了当周期性结构形成时材料历经的物理状态。文中的相关研究结果对基于LIPSS实现的材料表面润湿性、摩擦力学、光学特性的改善提供了一定的研究基础。     

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。     

多脉冲飞秒激光烧蚀铝靶动态特性研究

利用时间分辨阴影图研究了脉冲能量在200微焦的多脉冲飞 秒激光烧蚀铝靶的动态过程、并使用 扫描电镜研究了靶材表面烧蚀区域的形貌特征。时间分辨阴影图的记录结果表明,在不同时 间延迟条件 下,飞秒激光烧蚀铝靶形成的冲击波体积和喷射物的空间分布均随着脉冲个数的增加而发生 不同程度的变 化,尤其是单脉冲烧蚀情况下在1ns延时阴影图中观察到的近同心圆条纹会随着脉冲数目增 加逐渐变得模 糊乃至消失。烧蚀区的电子扫描显微镜图像清楚地揭示出烧蚀过程中伴随有液态铝的产生, 其溅射凝固后 在靶材表面形成小球和细丝状微纳结构。实验结果进一步证实了由前序脉冲烧蚀导致的铝靶 表面结构的改 变会对后继脉冲的烧蚀产生显著影响,从而使多脉冲烧蚀表现出明显不同于单脉冲烧蚀的特 性。这些结果 对飞秒激光脉冲沉积薄膜、直写生成表面微结构等应用的工艺参数优化具有很好的指导意义 。     

CO2和CO激光激活介质用作相位共轭反射镜的非线性元件

ＣＯ_２和ＣＯ激光激活介质用作相位共轭反射镜的非线性元件引言产生“长”脉冲（１０～１０３μｓ）辐射的脉冲和脉冲一周期ＣＯ２激光器及ｃｏ激光器可用于各种目的（例如材料加工、光泵等）。为了改善此类激光辐射角的方向性，可在非线性介质中产生四波相互作用应用辐...