激光辐照效应
脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应
( 中 国 人 民解 放 军 6 3 8 9 2部 队 ,河南 洛 阳 4 7 1 0 0 3 )
摘 要 : 采用波长 为 5 3 2 n m 的脉 冲激 光 从 3 1 . 5 I n的 距 离 辐 照 可 见光 面 阵 电荷 耦 合 器 件 ( C C D) , 实 验 观 察 到 了规 律 性 圆环 条 纹 的产 生 。通 过 增 大激 光束 的入 射 角 度 、 调节衰 减倍率 、 重复频率 和作用距 离 , 研 究 了 这 些 规 律 性 圆环 条 纹 的产 生 条件 和机 理 。 结果 发 现 : 保持激光器 与 C C D 的作 用 距 离 3 1 . 5 m不变 , 在 激 光 束 的入 射 角 小 于或 者 稍 稍 大 于光 学 系统 半 视 场 角 6 . 8 。 的情况下 , 只要光学 系统 入瞳处 的功率 密度达 到 1 0 W/ c m 量级 , 就 可 以 观 察 到 规 律 性 的 圆环 条 纹 。通 过 对 探 测 器 表 面能 量 分 布进 行 数 学仿 真 , 证 实 规 律 性 的 囤环 条 纹 是
南 于光 学 系 统入 瞳 的 衍 射 效 应 而 产 生 的 。 关键词 : 激光辐照 ; 圆环 条 纹 ; 衍 射 效 应 ; 面阵 C C D 中 图分 类 号 : TN 2 4 9 文 献标 志 码 : A d o i : 1 0 . 3 7 8 8 / HP L P B 2 0 1 4 2 6 . 0 l l 0 0 9
整个变化趋势与实验观察结果非常一致fig4simulationofenergydistributionondetectorssurface探测器表面的能量分布仿真需要指出的是光传输的衍射效应一般是在激光条件下观察到的17这就解释了实验中随着圆环条纹整体不断向探一定的发散角因此在距离激光源较近的范围内不能视为单色平面波或者远处观察到明显的衍射效应激光器与ccd之间必须保持一定的作用距离例如要产生夫琅禾费衍射二者距离满足17r31mm的平方对于532nm的激光波长来说不等式右边所以实验中将激光器与ccd的作用距离调整为10很难观察到衍射条纹的这就是短距离总之在激光辐照光电探测器ccd的试验中首次观察到规律性圆环条纹入射角稍稍大于光学系统的半视场角时仍然可以观察到圆环条纹的出现这就从另一个角度证实了激光视场外干扰探测器的可行性
激光辐照热效应混合模拟方法
激光辐照热效应混合模拟方法张相华;束庆邦;杜太焦;王玉恒;陈志华【摘要】针对激光辐照热效应模拟中传统的有限元法对复杂几何结构和多次散射光处理能力较差的问题,在三维多物理场流-固耦合问题并行计算程序CFS中实现射线追踪-有限元模拟方法.与传统有限元法相比,该方法在有限元网格划分的基础上,采用射线追踪技术将各网格单元所吸收的辐照激光能量加入方程求解系统.对2A12硬铝材料腔体结构件激光辐照热效应的计算表明,该方法提高程序对计算模型几何结构复杂性的适应能力,解决多次散射光存在时传统方法难以准确描述辐照激光能量在求解区域中分布的问题,从而有效扩展CFS程序的使用范围.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2012(021)004【总页数】5页(P36-39,42)【关键词】射线追踪;激光辐照;热效应;多次散射光;有限元;CFS【作者】张相华;束庆邦;杜太焦;王玉恒;陈志华【作者单位】西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;激光与物质相互作用国家重点实验室,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;激光与物质相互作用国家重点实验室,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;激光与物质相互作用国家重点实验室,西安710024【正文语种】中文【中图分类】TN244;TB115.10 引言激光辐照热效应是激光与物质相互作用的重要研究内容之一,多年来一直受到国内外众多学者的关注.ZHAO等[1]研究激光辐照下HgCdTe探测器的热效应;王玉恒等[2]和刘峰等[3]研究激光辐照下结构件的热响应;刘全喜等[4]采用有限元法研究光伏型光电探测器的激光加热效应;唐芳等[5]用数值模拟研究激光辐照下的皮肤热效应;孙承伟[6]归纳和总结国内外学者的研究成果.上述研究工作主要基于几何结构简单的计算模型,未涉及入射激光在模型中多次散射的问题.射线追踪-有限元模拟方法综合射线追踪技术和有限元法的优点,可以有效模拟入射能量在复杂结构中的传输与分布.近年来,关于射线追踪-有限元模拟方法的研究逐渐增多,GRUHLKE[7]利用该方法成功实现NPSAT1卫星的热分析;FIALA等[8]采用该方法在MATLAB中开发光学照明系统的数值模拟程序;ZIEMELIS[9]介绍该方法在电磁散射问题中的应用;ZHANG等[10]采用该方法研究面泵浦激光二极管内三维应力场和温度场的分布.虽然射线追踪-有限元模拟方法已经在多个领域取得成功应用,但是在激光辐照热效应研究方面尚未见到相关的文献报道.本文在三维多物理场流-固耦合问题并行计算程序CFS中实现激光辐照热效应的射线追踪-有限元模拟方法,并以2A12硬铝材料腔体结构件为例,采用该方法计算其在激光辐照下的温度场分布,分析该方法与传统有限元法计算结果的差异,并探讨存在多次散射光时射线追踪-有限元模拟方法的优越性.1 基本理论射线追踪-有限元模拟方法是一种将射线追踪技术与有限元法联合起来对物理问题进行求解的数值模拟方法.在激光辐照热效应问题求解中,在激光光源位置随机产生大量沿激光传输方向的射线;追踪这些射线,获取射线在计算模型有限元网格中的沉积情况,从而得到每个有限元网格所吸收的激光能量,进而实现物理问题的求解.1.1 射线追踪技术简介射线追踪技术实质上是一种近似模拟方法,适用于空间特征尺寸远大于电磁辐射波长条件下的电磁辐射的散射、传输和透射等问题.在激光辐照热效应问题求解中,如果入射激光仅被计算模型表面吸收,那么可按图1所示的流程进行射线追踪计算.图1 激光辐照热效应中射线追踪计算流程Fig.1 Calculation process of ray tracing in laser irradiation thermal effects由图1可知,在射线追踪计算流程中存在激光光源的随机抽样、射线与边界单元表面第一个交点的计算和交点处新射线的产生等3个关键步骤.激光光源的随机抽样要求随机抽样的位置应能准确反映激光的强度分布信息,如对于均匀激光,应产生服从均匀分布的高质量随机数.[11]在计算射线与边界单元表面第一个交点时,主要困难是计算区域可能存在多个边界单元,若直接求解,则会面临大量的空间直线与空间直线(或空间平面)相交问题的计算,导致计算速度缓慢,因此,在计算射线与边界单元表面第一个交点时引入加速算法.以三维问题为例,本文通过八叉树技术将边界单元进行分组,使得需要求解的空间直线与空间平面相交问题的数目由N降至log8N,大大提高计算效率.至于交点处新射线的产生,则要保证其方向服从一定的物理规律,本文假定计算模型具有灰体性质,交点处新产生射线的方向遵守Lambert定律.1.2 热传导问题的有限元求解对于一般的三维热传导问题,瞬态温度场的场变量 T(x,y,z,t)在直角坐标系中满足式(1)所示的偏微分控制方程[12-13]式(1)的边界条件有3类,分别为式中:ρ为材料密度,kg/m3;c为材料比热容,J/(kg·K);t为时间,s;kx,ky和 kz分别为材料沿x,y和z方向的热导率,W/(m·K);Q=Q(x,y,z,t)为体热源密度,W/kg;nx,ny和nz为边界法线的方向余弦;T=(Γ,t)为在Г1边界上的给定温度,K;q=q(Г,t)为在Г2边界上的给定热流密度,W/m2;h为表面传热系数,W/(m2·K);对于Г3边界,Ta=Ta(Г,t)在自然对流条件下为外界环境温度,在强迫对流条件下为边界层的绝热壁温度.此外,求解瞬态温度场还应给定初始条件由变分原理和Galerkin近似,经推导可以得到式(1)的积分形式为:将求解域Ω离散为有限个单元体,单元内的温度T可近似用单元节点温度Ti插值得到,即式中:ne为单元节点数目;Ni(x,y,z,t)为插值函数.将式(5)代入式(4),并考虑δTi的任意性,即可得到用于确定n个节点温度Ti的有限元求解方程式中:C为热容矩阵;K为热导矩阵;P为温度载荷列阵;T为节点温度列阵.图2 腔体结构示意Fig.2 Schematic diagram of cavity structure采用传统有限元法时,首先用几何方法确定腔体的激光辐照区域,然后将入射激光能量等效为热流边界施加到该区域;采用射线追踪-有限元模拟方法时,通过射线追踪方法从光源出发追踪大量射线,得到入射激光能量在腔体内的准确分布.20.0 s时腔体三维温度场分布见图3.2 数值算例假设一个腔体结构由六面体一端挖去一个小六面体形成,其示意见图2,外围六面体几何尺寸为0.20 m ×0.20 m ×0.30 m,挖去部分几何尺寸为0.10 m ×0.10 m ×0.25 m.假定腔体由 2A12 硬铝材料构成,其激光吸收因子取为0.25,不同温度下该材料的比热容、热导率和发射系数等选取文献[14]和[15]中的给定值.在腔体模型中建立原点位于六面体中心、坐标轴方向如图2所示的坐标系.假设功率密度为 1.5 kW/cm2的均匀激光沿(45.0°,90.0°,-45.0°)方向辐照腔体,并假设激光光斑形状为矩形,分别采用传统有限元法和射线追踪-有限元模拟方法计算激光辐照下腔体温度场分布情况.图3 20.0 s时腔体三维温度场分布,℃Fig.3 Temperature field 3D distribution of cavity at 20.0 s,℃由图3可知,与传统有限元法相比,射线追踪-有限元模拟方法计算所得腔体最高温度大约增加58.6℃,且具有更大范围的高温区域.这主要是因为2A12硬铝材料对激光吸收系数较小(计算时取0.25),当入射激光首次到达腔体表面时,只有小部分能量被直接吸收,大部分能量以散射光的形式在腔体内重新分布或逸出腔体,使腔体接收激光能量的实际面积和吸收的实际激光能量均大于传统有限元法的描述. 为进一步研究多次散射光的影响,选取光斑中心(0.05,0.0,0.1)及其 yOz平面对称点(-0.05,0.0,0.1)绘制节点温度-时间曲线,见图 4.图4 光斑中心及其yOz平面对称点温度随时间的变化Fig.4 Temperature-time curves at light spot center and its symmetry point about yOz plane由图4可知,光斑中心温度的射线追踪-有限元模拟方法计算结果明显大于传统有限元法计算结果,说明腔体内部存在较强的多次散射光,光斑中心所吸收的能量是入射激光能量与多次散射光能量之和.采用射线追踪-有限元模拟方法计算时,光斑中心yOz平面对称点温度随时间的增加而上升,20.0 s内累积温升约为173.7℃;采用传统有限元法计算时,该点温度在20.0 s计算时间内保持初始温度(22.7℃)不变,说明20.0 s时该点尚未受到热传导影响,节点温升由多次散射光引起,再次证明腔体内存在较强的多次散射光.图3和4表明,当激光辐照如图2所示的2A12硬铝材料腔体结构件时,由于腔体内存在较强的多次散射光,使得传统有限元法无法准确描述入射激光能量在腔体内的分布与沉积,导致计算偏差较大.因此,当由吸收系数较小的材料构成的腔体结构件被激光辐照时,腔体内会产生较强的多次散射光,腔体实际吸收激光能量的表面积和吸收的激光能量均难以直接描述,传统有限元法已不再适用,而射线追踪-有限元模拟方法对复杂入射边界具有很好的适应能力,可方便地求解该类问题.3 结束语与传统有限元法相比,射线追踪-有限元模拟方法对计算模型几何复杂性具有更强的适应能力,可用于求解入射激光在计算模型中多次散射的问题,适用范围更广泛. 对2A12硬铝材料腔体结构激光辐照热效应的计算表明:当材料激光吸收系数较小、腔内多次散射光较强时,射线追踪-有限元模拟方法比传统有限元法在准确描述计算区域内入射激光能量分布方面存在明显优势,能够有效降低该类问题求解难度. 参考文献:【相关文献】[1]ZHAO Jianhua,LI Xiangyang,LIU Hua,et al.Thermal effect in laser-HgCdTe interaction[J].Int Soci Opt Eng,1998(3436):961-969.[2]王玉恒,刘峰,陈林柱,等.强激光辐照下充压壳体损伤特征温度分析[J].固体火箭技术,2008,31(5):512-516.WANG Yuheng,LIU Feng,CHEN Linzhu,et al.Analysis of characteristic temperature on damage of pressurized metal shell irradiated by intense laser beam[J].J Solid Rocket Tech,2008,31(5):512-516.[3]刘峰,吴振森,王玉恒,等.重复频率激光辐照柱壳的加热效率[J].中国激光,2006,33(4):461-466.LIU Feng,WU Zhensen,WANG Yuheng,et al.Heating efficiency of repetitive frequency intensity laser irradiated cylinder[J].Chin J Lasers,2006,33(4):461-466.[4]刘全喜,齐文宗,郝秋龙,等.激光辐照光伏型光电探测器热效应的有限元分析[J].应用光学,2007,28(3):275-279.LIU Quanxi,QI Wenzon,HAO Qiulong,et al.Finite element analysis of thermal effect of photovoltaic detector irradiated by laser[J].J Appl Opt,2007,28(3):275-279.[5]唐芳,牛燕雄,张雏,等.脉冲激光辐照皮肤组织的热效应数值模拟研究[J].激光与红外,2007,37(12):1259-1261.TANG Fang,NIU Yanxiong,ZHANG Chu,et al.Numerical analysis of the temperature field in skin-tissue by high power Nd:YAG pulses laser [J].Laser & Infrared,2007,37(12):1259-1261.[6]孙承伟.激光辐照效应[M].北京:国防工业出版社,2002:28-78.[7]GRUHLKE puter aided thermal analysis of a technology demonstration satellite(NPSAT1)NPS-SP-03-001[R].Montery:Naval Postgraduate School,2003.[8]FIALA P,KADLECOVA E.Progressive methods in the numerical modeling by the finite elements[C]//AEE’05 Proc 4th WSEAS Int Conf Applications Electr Eng.Stevens Point,Wisconsin,USA:World Scientific and Engineering Academy and Society(WSEAS),2005:182-185.[9]ZIEMELIS J.Problems of secondary sources for hybrid ray tracing and FEM simulation [J].Elektronika IR Elektrotechnika,2003,47(5):65-68.[10]ZHANG Shenjin,ZHOU Shouhuan,TANG Xiaojun,et al.Investigation of laser diode face-pumped high average power heat capacity laser[J].Chin Optics Lett,2006,4(11):658-660.[11]杨自强.你也需要蒙特卡罗方法——一个得心应手的工具[J].数理统计与管理,2007,26(1):178-188.YANG Ziqiang.You need Monte Carlo method:a handy tool[J].Application Stat& Manage,2007,26(1):178-188.[12]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社,2003:441-467.[13]LEWIS R W,MORGAN K,THOMAS H R,et al.The finite element method in heat transfer analysis[M].Hoboken:John Wiley& Sons,1996:1-32.[14]张文斌.2A12铝合金搅拌摩擦焊温度场及塑性材料流动的数值分析[D].济南:山东大学,2010.[15]左永平.2A12,TC4微观组织及表面状态对红外发射率的影响研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.。
激光辐照效应
一 , 等离子体发展模型和膨胀模型1)在脉冲激光微加工中主要等离子体模型有:纳秒激光与物质相互作用中的单温模型飞秒激光与物质相互作用中的双温模型和库伦爆炸模型2)在研究激光辐照固体靶蒸汽等离子体形成时有动态烧蚀耗能模型和光线跟踪激光能量等离子体吸收模型。
3)其他的一些模型三温与多温电子等离子体自由膨胀的理论模型。
自相似解成功地再现了在激光等离子体自由膨胀中离子速度分布呈现的三峰和多峰结构,这些结构已在激光打靶的实验中频繁地观察到。
二,等离子体参数的测量的方法等离子的体的基本参数有:电子温度,电子密度等。
而这些参数都可以利用实验来测得。
例如利用光谱测量的光谱展宽,然后利用origin拟合曲线再萨哈方程就能计算得到粒子的电子温度和电子密度了。
三,激光支持燃烧波(LSCW)和爆破波(LSDW)的产生与传播,LSCW和LSDW 的分类法,基本结构,区别与判断方法。
LSCW向LSDW转化机制。
激光维持的燃烧波(LSC)和爆轰波(LSD)较强的激光束辐照于靶面时,使得靶蒸汽或者靶面附近的环境气体发生电离以致击穿,形成一个激光吸收区。
被吸收的激光能量转化为该区气体(或等离子体)的内能,与流动发生耦合,按照气体动力学的规律运动。
等离子体的一部分能量将以辐射的形式耗散,被凝聚态靶或周围气体所吸收。
这种吸收激光的气体或等离子体的传播运动通常称为激光吸收波。
主要的激光吸收区最终总是在环境气体中形成。
在极高光强下,真空环境中的把蒸汽也会产生激光吸收波。
对于LSC,前面运动的冲击波对激光是透明的,等离子体区域是激光的吸收区。
以亚声速向前推进,依靠输运机制(热传导、热辐射和扩散)时期前方冷气体加热和电离,维持LSC及其前方冲击波的传播,波后是等离子体区,等离子体温度为1~3eV。
对于LSD,冲击波阵面就是激光吸收区,被吸收的激光能量直接支持冲击波前进,LSD波相对于波前介质超声速运动,等离子体温度为10eV到几十电子伏。
此冲击波压缩前方的气体,使之升温电离、吸收激光,成为新的波阵面,上溯激光入射方向继续传播。
强激光辐照光学元件的光热效应探测系统的研究
毕业论文
强激光辐照光学元件的光热效应探测系 统的研究
学生姓名: 学 专 院: 业: 学号: 10051041 信息与通信工程学院 光电信息工程
指导教师:
2014 年
6
月
强激光辐照光学元件的光热效应探测系统的研究
摘要 光热光偏转( PTD)技术是一种基于光热效应建立和发展起来无损检测技术,因其 具有灵敏度高,不需要对样品进行预处理,可非接触测量等优点,已在物理材料科学等 领域获得了广泛的应用。 本设计采用阶跃光激励,以小功率半导体激光器为探测光源,以象限探测器为信号 的接收装置,采用锁相放大器和放大电路作为信号的处理部分,构成了对样品的光热效 应探测系统。本课题的主要工作为: 1. 介绍光热偏转方法的基本原理和特点,光热偏转技术在工业中的应用。 2. 基于半导体光电效应原理和热传导规律, 建立了阶跃光激励的半导体材料的一维 温度场模型。计算出光束偏转角与温度场之间的关系,从而推导出偏转角表达式。通过 数值模拟分析出调制频率,泵浦光功率与偏转信号的关系。 3. 建立了阶跃光激励的 PTD 技术的实验系统,并对系统的光路部分以及信号采集 部分进行了分析。
录
绪论 ...................................................................................................................................... 1 引言 ................................................................................................................................... 1 光热光偏转技术的原理和特点 ....................................................................................... 2 光热光偏转技术的原理 ................................................................................................ 2 光热光偏转技术的特点 ................................................................................................ 3 光热光偏转技术的实验装置 ........................................................................................... 3 光热光偏转技术的应用 ................................................................................................... 5 测定材料的热学参数 .................................................................................................... 5 测定材料的光吸收系数 ................................................................................................ 5 光热光偏转成像 ............................................................................................................ 6 本课题主要研究的方法和内容 ....................................................................................... 6 光热偏转系统的理论研究 .................................................................................................. 8 引言 ................................................................................................................................... 8 样品的光激发过程和热源产生 ....................................................................................... 8 材料对激光的吸收 ........................................................................................................... 9 热传导微分方程 ............................................................................................................. 10 光束偏转角的计算 ......................................................................................................... 12 数值模拟 ......................................................................................................................... 13 基于光热效应的光热偏转探测系统 ................................................................................ 15 引言 ................................................................................................................................. 15 实验系统的总体设计 ..................................................................................................... 15 光路部分 ......................................................................................................................... 16 激励光源(半导体激光器) ...................................................................................... 16 探测光源(He-Ne 激光器) ...................................................................................... 17 声光调制器 .................................................................................................................. 17 扩束镜 .......................................................................................................................... 19 电路部分 ......................................................................................................................... 20
第三章 激光生物效应
激光生物效应:
指在激光辐照下,生物体可能产生的
物理、化学或生物化学反应及变化,是研 究发展激光生物学、激光医学和激光防护 技术的重要基础。
以往知识回顾
普通光对生物体所产生的作用有: 光合作用、生物过程的能量转移、生 物颜色、生物视觉、生物节律、光生物效 应以及光在生物进化过程中的作用等。
耐热性要比蛋白质强。
在 80 ℃、1h 作 用下,DNA 活 性基本不变
过强的激光辐照也势必对其遗传特性
产生影响。因此可利用这种效应进行激光
诱变育种、激光转化(基因工程)等。
1.3.3 对神经细胞的影响
神经细胞对温度变化很敏感,温度 稍有变化就会影响它们的正常活动。
神经细胞的传导速度随温度上升而加快,但
使生物体温度升高。
2)吸收生热:
生物体吸收红外光后,光能转变为生物
分子的振动能和转动能,使温度升高。
1.3 激光生物热效应对生物组织的影响 1.3.1 对蛋白质和酶的影响
蛋白质分子结构及特点;蛋白质变性和温度及
作用时间有关。
蛋白质分子量很高,组成和结构复杂,但维持
分子空间构像的次级键的键能较低 蛋白质分子不稳定,受外界因素影响而使其空间构 像破坏、理化性质发生改变,并失去其生物学功 能 蛋白质变性。
血细胞
2.白细胞
在血液中呈圆球形,比红细胞大得多,能产生
抗体,抵抗细菌、病毒等外来物质引起的感染。
白细胞有五种,按照体积从小到大分别是:淋
巴细胞、嗜碱粒细胞、中性粒细胞、单核细胞和
嗜酸细胞。
血细胞
白细胞数目少,细胞核明显,有炎症时,血中 的白细胞数目明显增加
1个白细胞处理 5-25个细菌后本 身也就死亡。死 亡的白细胞和细 菌构成脓液
强激光辐照光学元件的光热效应探测系统开题报告
所在专业审查意见:
学科管理部副主任:
年月日
工作者不但测量了植物的新陈代谢情况,而且对人体的皮肤组织以及细菌等进行了光
热研究,或研究其结构,或研究其光化学反应的弛豫过程。这是目前的新发
展趋势之一。
自从70年代近代光声光热学的先驱者A. Rosencwaig等使光热效应广泛应用于物
理、化学及生物医学等方面的研究以来,光热效应的研究逐步引起许多学科门类学者
[2] F B artoi,l L Esterow itz, R A llen, et a.l A genera lized the rm
a lm ode l fo r laser dam age in infrared detectors[J]. J.
App.l Phys. , 1976, 47(10): 2875- 2881.
描电子显微镜和扫描光声显微镜的研究工作,为热波的光声检测技术在我国的应用开
辟了一条新的途径。随着光声技术应用的快速发展,光热检测技术作为一种无损检测
方法己有了应用的结果,在薄膜热物性检测方面,香港理工大学的王聪和以及浙江大学的施柏煊用横向光热偏转方法测试了一些薄膜样品的热扩散率,他们把所得结果与用闪光法得到的结果进行比较,发现两结果很接近,证明了这种方法的可行性。
在对固体材料热扩散深度的检测和垂直于表面裂纹的检测等也已有了检测实例,南京
大学声学研究所的张淑仪院士等也在1984年研究了光束偏转成像方法,在我们实验室
里,1985年起,曾在国家自然基金资助下进行了光热偏转技术应用于固体薄膜光热成
像的研究,并获得了金属铝表面下最深200微米处的缺陷的无损成像检测结果。
毕业设计开题报告
2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):
激光辐照效应的研究型物理实验探索
近年来 ,电子科 技 大学 、北京 大学 、中 国科 学 技术 大学 等在 推动课 题 型 、研 究 型教学 实 践及将 科
1 主 要 实 验 仪 器
C O , 激 光 辐照效 应 实验 的主 要 仪器 设 备 为 U L — C R一1 0 0型二 氧 化碳 激 光 器 及 其 控 制 部 件 、计 算 机 、二维 电动平 移 台 。C O :激 光 波 长 为 1 0 . 6 m, 激光 光 斑 为 I T l m,功 率 为 1 0 0 W。光 学 抛 光 石
me n t s ma y b e a c c e p t e d a s a s p e c i a l i z e d e l e c t i v e e x p e r i me n t t e a c h i n g o f t h e s e n i o r s ,a s w e l l a s C O U se r d e s i g n, a n d d i p l o ma p r o —
第 l 1 卷
第 5期
实验科学与技术
E x p e ime r n t S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y
Vo l _Βιβλιοθήκη l1 No .5 0c t . 2 01 3
2 0 1 3年 1 0月
激 光 辐 照 效 应 的研 究 型 物 理 实 验探 索
Ex p l o r a t i o n o f Re s e a r c h - o r i e n t e d Ph y s i c s Ex p e r i me n t o f
La s e r I r r a d i a t i o n Ef fe c t s
激光辐照热效应混合模拟方法
Absr t:Ast h rblm h tt e h n ln a a i n c m p e e me rc lsr cu e a d r p t i u tac o t e p o e t a h a d i g c p c t o o lx g o ti a tu tr n e e i o s y t s a trng r y i p o i t e i c t i a s s o r n h smulto o t r l e fc s f l s r ra ito u i g r d t n l sn ta ii a f i o e
Z N in h a , HU Q n bn DU T ia , HA G X a g u S iga g , a i jo
W ANG h n Yu e g 一.CHEN i u Zh h a ’
( .N R w s Istt o u l r eh ooy i a 10 4 hn ; 1 o h et ntue f c a cnl ,X ’n7 0 2 ,C ia i N e T g
第 2 卷 第 4期 1
21 0 2年 8月
计 算 机 辅 助 工 程
Co p trAi e gn e i g m u e d d En i e rn
Vo . No. 1 21 4
Au g.2 2 01
文 章 编 号 :0 6—0 7 (0 2)40 3 .4 10 8 l 2 1 0 .0 60
ee n t o lme tmeh d,ry ta i gV n t l me tsmu ain me h d i mp e n e n t e p r le o ut g a r c n Sf ie ee n i lto t o si l me t d i h a allc mp i i n p o r m S wh c sfrs l ig fu d s ld c u ln r b e i mu t- h sc lfed .Co a e t r g a CF ih i o ovn i - oi o p i g p o l m n 3D lip y ia l s l i mp r d wih
脉冲激光辐照CCD探测器的硬破坏效应数值模拟研究
的影响 , 并结合 C D的像元构造和工作方式阐明了 C D各层结构 的损伤对 C D成像质量的 C C C
影响程度 及影 响机理 。
关键词: 激光破坏;C 损伤机理 ; C D; 温度场; 热应力场
2 T i h aU i ri , e a o t yo r io nt m n n et gTc nl yo a o , eig10 8 , hn ) .s g u n esy K yLbr o f e s nIsu et dT s n eh o g f t n B in 00 4 C ia n v t ar P ci r a i o N i j
Abt c :C r y a eds re rdm gdw e ujc dt l e r iin T em l ae em l — s atC Dar scnb iubdo a ae h nsbet o a r r da o. h ut yrt r a- r a t e s ia t i l h me
・ 外材 料 与器 件 ・ 红
脉冲激光辐照 C D探测器 的硬破坏效应数值模拟研究 C
姜 楠 张 雏 牛燕雄 , , , 沈学举 杨 海林 陈 燕 王 龙 张 博 , , , ,
(. 1 军械工程学院光学 与电子工程系 , 河北 石家庄 00 0 ;. 50 3 2 清华大学精密仪器测试技术 与仪器 国家重点实验室 , 北京 10 8 ) oo 4
摘
要 : 有 一定 能量强度 的激 光辐 照 C D 图像探 测器 时可造成探 测器 的 干扰和 破 坏。基 于 具 C
热传 导 和热 弹性力 学的基本 关 系式建 立 了脉 冲 激 光辐 照 C D 多层 结 构 的 热力 耦合 数 学物 理 C 模 型 , 热传 导方程 和应 力平衡 方程进 行 有 限元 数值 求解 , 对 计算得 到不 同能量 密度 下脉 冲 激光
相对论性强激光辐照的物质效应
相对论性强激光辐照的物质效应相对论性强激光辐照是一种重要的物理现象,它在多个领域都具有重要的应用。
本文将讨论相对论性强激光辐照对物质产生的效应,并探讨其在科学研究和技术应用中的潜力。
1. 强激光辐照的基本原理强激光辐照是指在高能量激光束作用下,物质所经历的相互作用。
激光辐射主要通过电子吸收能量,导致原子和分子激发、电子发射以及物质结构变化等。
相对论性强激光辐照则指激光光子的能量非常高,接近或超过电子静止质量能量,从而使辐照物质的电子与光子的相互作用产生明显的相对论效应。
2. 相对论性强激光辐照的效应相对论性强激光辐照对物质产生多种效应,包括:2.1 电子加速效应当强激光辐射作用于物质时,相对论性效应导致电子被加速到接近光速的极高速度。
这种加速效应使得电子能够穿越物质,在材料加工和改性中具有潜在应用。
2.2 等离子体形成相对论性强激光辐照会导致强烈的电离和激发过程,使得物质转变为等离子体状态。
等离子体的形成使得物质具有了新的性质,例如更高的导电性和较长的电子寿命,可以应用于激光聚变研究等领域。
2.3 强磁场效应相对论性强激光辐照可以在物质中产生极强的磁场,这是由于激光束的能量和相对论性效应引起的。
这种强磁场的产生对于理解和研究磁场的性质以及应用于磁约束聚变和高能物理研究等方面至关重要。
2.4 辐射效应相对论性强激光辐照会导致辐射的产生,这对激光聚变和粒子加速器等领域具有关键意义。
辐射效应的研究可以帮助我们理解物质与辐射的相互作用以及辐射损失对材料性能的影响。
3. 相对论性强激光辐照的应用前景相对论性强激光辐照的物质效应在科学研究和技术应用中具有广泛的潜力。
3.1 激光粒子加速器相对论性强激光辐照可以用作激光粒子加速器的核心技术。
这种加速器可以产生超高能量的粒子束,用于核物理研究和医学放射性治疗等领域。
3.2 材料改性和加工相对论性强激光辐照可以实现对材料的局部改性和加工。
通过调控相对论效应,可以实现对材料硬度、导电性等性质的调节,从而拓展材料应用的领域。
光学遥感卫星的激光威胁及防护体制探讨
第42卷第2期航天返回与遥感2021年4月SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING59光学遥感卫星的激光威胁及防护体制探讨乔凯1高超1高秀娟2尚卫东3赵思思3韩潇3张蕾1(1 北京跟踪与通信技术研究所,北京100094)(2 北京控制工程研究所,北京100094)(3 北京空间机电研究所,北京100094)摘要针对光学遥感器激光防护任务需求,文章分析了激光对光学遥感卫星的光学部件、光电探测器件、电子学部组件的辐照效应,结合地基、天基激光武器对卫星的作战场景和模式,梳理了激光武器对卫星光学遥感器不同程度的打击效能及相应的阈值。
文章对自适应激光限幅防护和快速响应快门防护技术、对防护的原理、关键技术进行了阐述;对应用配置和防护效能进行了分析;对激光威胁及防护的发展趋势进行总结。
关键词激光威胁激光辐照激光防护光学遥感中图分类号: V443+.5文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2021)02-0059-09DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2021.02.007Discussion on the Laser Threat and Protection System for OpticalRemote Sensing SatellitesQIAO Kai1 GAO Chao1 GAO Xiujuan2 SHANG Weidong3 ZHAO Sisi3 HAN Xiao3 ZHANG Lei1(1 Beijing Institute of Tracking and Telecommunication Technology, Beijing 100094, China)(2 Beijing Institute of Control Engineering, Beijing 100094, China)(3 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China)Abstract Aim at the laser protection requirements for the optical remote sensor, the irradiation effect of laser on the optical components, photodectors and electronic components of the optical remote sensing satellite is analyzed in this paper. Combined with the combat scenes and modes of ground-based and space-based laser weapons against satellites, this paper sorts out the different degree of laser weapons against satellite optical remote sensors and the corresponding thresholds, and the adaptive laser limiting protection, the fast response shutter protection technology, the principle and key technology of protection, the application configuration and protection efficiency are analyzed also. Finally, the development trend of laser threat and protection is summarized.Keywords laser threat; laser radiation; laser protection; optical remote sensing0 引言进入21世纪以来,控制外层空间、争夺制天权、在全球范围内取得信息优势已成为世界航天大国不收稿日期:2021-02-23引用格式:乔凯, 高超, 高秀娟, 等. 光学遥感卫星的激光威胁及防护体制探讨[J]. 航天返回与遥感, 2021, 42(2): 59-67.QIAO Kai, GAO Chao, GAO Xiujuan, et al. Discussion on the Laser Threat and Protection System for Optical Remote Sensing Satellites[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2021, 42(2): 59-67. (in Chinese)60航天返回与遥感2021年第42卷断追求的目标。
激光辐照铝合金材料热效应分析
激光辐照铝合金材料热效应分析激光辐照铝合金材料热效应分析引言:近年来,随着激光技术的快速发展,激光辐照已经成为一种广泛应用于材料处理和加工领域的重要方法。
在激光辐照过程中,激光能量会被材料吸收,并转化为热能,导致材料发生热效应。
研究激光辐照材料的热效应,对于深入理解激光与材料相互作用的机理以及优化激光加工过程具有重要意义。
本文将对激光辐照铝合金材料的热效应进行分析与探讨。
一、激光辐照的热效应激光辐照时,激光能量会被材料表面吸收,进而扩散到材料内部,并通过热传导使整个材料受热。
在热效应分析中,主要关注以下几个方面的热效应。
1. 热传导效应激光辐照时,材料内部的热将通过热传导向周围扩散。
热传导效应的强弱取决于材料的导热性质和温度梯度。
辐照时的高温区域会通过热传导作用向低温区域传递热能,导致温度分布的均匀化过程。
2. 热膨胀效应材料在受热后会发生热膨胀,这是因为高温使材料内部原子的热运动增强。
热膨胀效应会导致材料尺寸的变化,尤其是对高温下非均匀受热的材料而言,可能引起材料的形变和应力集中。
3. 熔化效应当激光功率达到一定阈值时,材料表面会发生熔化现象。
熔化效应是由于激光的高能量使材料表面温度升高到熔点以上。
熔化时,材料表面的固态结构被打破,原子之间的结合力降低,形成液态。
在熔化过程中,液态材料可能会发生流动、凝固或进一步气化。
二、激光辐照铝合金材料的热效应分析铝合金作为一种常用的工程材料,在激光辐照过程中也会发生热效应。
激光辐照铝合金材料的热效应主要表现为以下几个方面。
1. 温度分布激光辐照使铝合金材料受热,导致温度分布的变化。
温度分布取决于激光功率、扫描速度、辐照时间以及材料的导热性质。
通常情况下,激光的光斑在材料表面会形成一个高温区域,随着扫描的进行,高温区域会随着激光的移动而改变。
温度分布的变化对于材料的热处理和加工过程有重要影响。
2. 热膨胀和形变激光辐照铝合金材料时,热效应会导致材料的热膨胀和形变。
激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布
激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布王刚;徐强;刘洋;王虎;梁晓东;李艳;陈志学【摘要】Electro-optical detectors are widely used in many fields. However, temperature rise due to the absorption of laser and other phenomena may damage detectors. Using thermal elastic theory, the investigation on K9 material radiated by CO2 laser is done. According to the two-dimensional planar model, the transient distributions of temperature field and thermal stress field which result from laser radiation on semiconductor material are obtained by analytical calculation. The results show that the K9 glass damage threshold of laser radiation is dependent on the radiation time and beam radius. Under the same conditions, the thermal stress damage threshold is lower than the melting damage threshold, so the damage reason of K9 glass material is thermal stress damage.%光电探测器吸收激光后的温升以及因温升造成的各种现象,致使探测器遭受到不同程度的损伤.利用热弹性理论对CO2激光器辐照K9玻璃材料进行研究,建立激光辐照材料温升及热应力分布二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布.研究表明,K9玻璃材料的激光辐照损伤阀值与辐照时间和光斑半径相关.在同一条件下,造成的热应力损伤阀值较熔融损伤的低,故K9玻璃材料的破坏形态为热应力破坏.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】5页(P801-805)【关键词】光电探测器;激光辐照效应;温度场;热应力场【作者】王刚;徐强;刘洋;王虎;梁晓东;李艳;陈志学【作者单位】海军驻西安二十所军事代表室,陕西,西安,710065;西安电子科技大学,理学院物理系,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,理学院物理系,陕西,西安,710071;应用光学研究所,陕西,西安,710065;应用光学研究所,陕西,西安,710065;应用光学研究所,陕西,西安,710065;应用光学研究所,陕西,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TN249引言随着科学技术的发展,先进的军事武器必须能精确定位导航以及精确攻击敌方防御装置。
激光除锈文档
激光除锈1. 引言激光除锈是一种通过使用激光技术去除金属表面锈蚀的方法。
与传统的除锈方法相比,激光除锈具有高效、无污染和非接触等优点。
本文将介绍激光除锈的工作原理、应用领域以及未来的发展趋势。
2. 工作原理激光除锈利用激光束对金属表面进行照射,通过光与物质的相互作用,使得锈蚀物质发生吸收、传导、蒸发等变化,并最终实现除锈的效果。
激光除锈主要依靠以下三种物理效应:2.1 光热效应激光束在金属表面被吸收后,光能会转化为热能,使得锈蚀物质升温并发生物理和化学变化。
高温能够破坏锈层的结构,使之脱落;同时还可以加速锈蚀物质的蒸发,从而实现除锈的效果。
2.2 光机械效应激光束的辐照对锈蚀物质施加压力,可以使得其松动、剥离或破碎。
激光束的高能量密度能够使得锈蚀物质的内部受到巨大的应力,从而导致其表面的剥落和分离。
2.3 光化学效应金属表面的某些化学物质在激光束照射下发生光化学反应,产生新的物质。
这些新的物质可以与锈蚀物质发生反应,从而使其发生结构和物理性质的变化,进而实现除锈的效果。
3. 应用领域激光除锈在许多领域有着广泛的应用,以下是几个典型的应用案例:3.1 金属制造业金属制造业中常常需要通过激光除锈来清除零件表面的锈蚀,以确保产品的质量和寿命。
激光除锈可以高效地去除锈蚀层,并且不会对金属表面产生损伤,保证了零件的使用寿命和性能。
3.2 建筑行业建筑行业中的钢结构、桥梁等常常会受到锈蚀的影响,这不仅会降低建筑物的美观性,还会影响其结构的稳定性。
利用激光除锈可以有效去除锈蚀层,延长建筑物的使用寿命,并且不需要使用化学药剂,减少了对环境的污染。
3.3 文物保护许多珍贵的文物由于长期暴露在空气中,表面容易出现锈蚀。
传统的除锈方法常常会对文物本身造成损害。
而激光除锈可以无损地去除锈蚀层,保护文物的完整性和价值。
4. 未来发展趋势激光除锈作为一种先进的除锈技术,在未来有着广阔的发展前景。
以下是几个未来发展的趋势:4.1 提高除锈速度目前激光除锈的速度还有待提高,以满足一些大规模除锈的需求。
激光辐照效应
简介切向气流作用下,连续波激光对纤维增强树脂基复合材料的辐照效应研究目前还不够深入。
本文对该问题开展实验、理论和数值模拟研究,将空气气流、氮气气流和无气流状态下的辐照效应进行比较,以分析空气气流的作用。
将激光功率密度设定为205W/cm2。
吹空气气流时,气流速度分别设置为0.11Ma、0.23Ma、0.31Ma、0.4Ma、0.5Ma、0.65Ma和0.8Ma;吹氮气气流时,气流速度分别设置为0.11Ma、0.23Ma、0.31Ma和0.4Ma。
进行实验分析,得出合理的初步验证。
1背景及意义1.1复合材料在无人机上的应用复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料通过不同的工艺方法结合而成的一种多相材料,主要组分是增强材料和基体材料。
复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点,而且通过各相组分性能的互补和关联,可以获得更优异的性能[1]。
在复合材料家族中,纤维增强树脂基复合材料占有重要地位。
这类复合材料的增强材料是各类纤维,例如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维和芳纶纤维等,基体材料是树脂,例如环氧树脂、酚醛树脂、有机硅和聚酯等[2]。
这类复合材料因其优异性能在无人机上得到了广泛应用。
在无人机上使用纤维增强树脂基复合材料的优点是多方面的。
这类材料的密度比常用金属材料小很多,可以有效减轻机体质量;具有优异的可设计性,可根据飞机的强度和刚度要求进行优化设计;具有良好的耐腐蚀性,可满足无人机在恶劣环境下长寿命的特殊要求,降低维护成本;易于植入芯片或合金导体,形成智能材料、结构;其中的聚合物基复合材料具有特殊的电磁性能,适当设计可满足无人机结构/功能一体的高隐身技术要求[3]。
纤维增强树脂基复合材料的应用对无人机结构轻质化、小型化和高性能化起到了至关重要的作用。
据统计,当今世界上各种先进的无人机,复合材料的用量一般占机体结构总重的60%~80%,甚至高达90%以上[4]。
例如,美国诺斯罗谱·格鲁门公司为美空军研制的“全球鹰”高空长航时无人侦察机,除机身主结构为铝合金外,其余(包括机翼、尾翼、后机身、雷达罩和发动机整流罩等)均由碳纤维/环氧、玻璃纤维/环氧和芳纶纤维/环氧复合材料等制成,复合材料的用量约占结构总重的65%,其中长达35m 的机翼由Cytec公司提供的高模碳纤维/环氧复合材料制造[5]。
激光与生物组织光热效应的国外研究进展
激光与生物组织光热效应的国外研究进展作者:夏文财来源:《科教导刊·电子版》2017年第08期摘要激光是一种电磁波,当它传播的频率和生物组织分子的振动频率相等或者相近时,就会增强它的振动,这种分子振动就是产生热的机理,也被称为热振动。
本文简要介绍了激光与生物组织光热效应的发展。
关键词激光生物组织热效应激光作用于生物组织时产生的各种效应是激光在军事、医学等多个领域应用的基础。
激光辐照生物组织时,由于生物组织在结构上和组成成分上的复杂性以及激光各项参数的变化,将导致其相互作用机理发生改变,激光辐照生物组织产生的各种效应可分为:光化学作用、光热作用、光蚀除、等离子体诱导蚀除以及光致破裂五类。
激光与生物组织的光热效应首先应用于医学领域,1961年Zaret等人,随后Cambell等人(1963年)相继对使视网膜脱落的激光焊接技术进行研究,并且很快将研究成果应用于临床患者的治疗上,并得到了令人意想不到的惊喜。
目前,激光矫正视力已经在临床上取得了显著疗效。
目前,利用激光对生物组织的光热效应来破坏和治疗肿瘤的一项新技术引起了广大学者的兴趣,该技术可在不对人体造成物理损伤的前提下,破坏肿瘤组织而不对周围正常组织造成任何影响,该技术首先在英国得到了临床应用,并取得了成功。
随着社会的进步和人民生活水平的提高,人们对将激光与皮肤组织的光热效应运用于美容的愿望也越来越迫切,Anderson RR博士在1983年、Cain CL博士在1989年、Bitter PH博士在1995年、Zelickson博士在1999年相继进行了将激光与皮肤组织的光热效应应用于激光美容的理论与实验研究,并提出了选择性光热解理论,成功的将激光除皱、光子嫩肤等技术运用于临床治疗上。
目前,激光与生物组织光热效应的研究主要从两方面展开:一是组织光学,指生物组织中光子的运动规律,不同生物组织对光子运动的影响,它是在光学、生物学、解剖学和生命科学等学科的基础上发展起来的一个新兴学科,该学科从诞生就表现出了强大的生命力。
超强脉冲激光辐照固体靶背表面的光辐射
增刊激光探测、制导与对抗技术:论文摘要435激光辐照金属圆柱壳体热力学效应模拟王玉恒,刘峰,王立君,韩峰,刘钰,丁升(西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:激光辐照金属圆柱壳体的热力学效应是激光与物质相互作用研究领域受到诸多关注的一个研究方向,其主要研究内容包括材料和结构热响应和力学响应,结构的破坏失效,以及对破坏结果的定量评价等。
概述了作者所在课题组在激光辐照金属壳体热力学效应模拟方面的研究进展,分别给出了金属材料和结构激光辐照三维温度场的理论解,建立了壳体损伤特征温度的数值模拟方法,并对结构破坏失效的评价方法进行了理论探索。
通过以上研究建立了有关热响应、力学破坏以及破坏评价等方面的模拟技术,并获得了相关的热力学效应规律。
关键词:强激光;充压壳体;热响应;损伤特征温度;破坏评价基于Qt的显控系统图形显示的研究徐严涛1,孔令讲1,杨建宇1,张喜娟2,袁梁3(1.电子科技大学电子工程学院,四川成都610054;2.成都飞机工业(集团)有限责任公司技术中心,四川成都610054;3.电子科技大学后勤集团,四川成都610054)摘要:图形显示是显控系统重要的功能,对于硬件资源有限的嵌入式系统,如何在画面频繁切换的过程中保持画面的稳定是显控系统需要解决的重要课题。
针对此问题详细分析了Qt的显示与绘图机制,研究了本系统中产生画面闪烁的深层次原因,并给出了相应的解决方案。
目前这些技术已经成功应用于穿墙雷达显控系统,并取得了良好的效果。
关键词:图形显示;Q t;闪烁;区域剪裁;双缓冲机制超强脉冲激光辐照固体靶背表面的光辐射王光昶1,2,张建炜1,邓利1,郑志坚2(1.成都医学院物理教研室,四川成都610083;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900)摘要:在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪(OMA),分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了光辐射积分成像图案和光谱。
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一 , 等离子体发展模型和膨胀模型
1)在脉冲激光微加工中主要等离子体模型有:
纳秒激光与物质相互作用中的单温模型
飞秒激光与物质相互作用中的双温模型和库伦爆炸模型
2)在研究激光辐照固体靶蒸汽等离子体形成时有动态烧蚀耗能模型和光线跟踪激光能量等离子体吸收模型。
3)其他的一些模型
三温与多温电子等离子体自由膨胀的理论模型。
自相似解成功地再现了在激光等离子体自由膨胀中离子速度分布呈现的三峰和多峰结构,这些结构已在激光打靶的实验中频繁地观察到。
二,等离子体参数的测量的方法
等离子的体的基本参数有:电子温度,电子密度等。
而这些参数都可以利用实验来测得。
例如利用光谱测量的光谱展宽,然后利用origin拟合曲线再萨哈方程就能计算得到粒子的电子温度和电子密度了。
三,激光支持燃烧波(LSCW)和爆破波(LSDW)的产生与传播,LSCW和LSDW 的分类法,基本结构,区别与判断方法。
LSCW向LSDW转化机制。
激光维持的燃烧波(LSC)和爆轰波(LSD)
较强的激光束辐照于靶面时,使得靶蒸汽或者靶面附近的环境气体发生电离以致击穿,形成一个激光吸收区。
被吸收的激光能量转化为该区气体(或等离子体)的内能,与流动发生耦合,按照气体动力学的规律运动。
等离子体的一部分能量将以辐射的形式耗散,被凝聚态靶或周围气体所吸收。
这种吸收激光的气体或等离子体的传播运动通常称为激光吸收波。
主要的激光吸收区最终总是在环境气体中形成。
在极高光强下,真空环境中的把蒸汽也会产生激光吸收波。
对于LSC,前面运动的冲击波对激光是透明的,等离子体区域是激光的吸收区。
以亚声速向前推进,依靠输运机制(热传导、热辐射和扩散)时期前方冷气体加热和电离,维持LSC及其前方冲击波的传播,波后是等离子体区,等离子体温度为1~3eV。
对于LSD,冲击波阵面就是激光吸收区,被吸收的激光能量直接支持冲击波前进,LSD波相对于波前介质超声速运动,等离子体温度为10eV到几十电子伏。
此冲击波压缩前方的气体,使之升温电离、吸收激光,成为新的波阵面,上溯激光入射方向继续传播。
这里冲击波依靠吸收激光能量而自持传播,是一种物理性质的爆破波。
聚焦光束产的LSD波作发散传播,当波阵面传离靶面稍远处,光强已不足以维持LSD波,等离子体熄灭,这时激光又可直接入射于靶面。
以Si 粒子为例,观测LSD 波的寿命。
在周围气体中产生LSD ,Si 粒子的寿命延长到几千ns ,是在真空中寿命的33.2倍。
激光能量被爆轰波吸收,对于靶面的压力也主要是有爆轰波产生的,由于产生了爆轰波,对等离子体形成了屏蔽,靶材料停止气化。
正常的LSD 波速:()[]3/1002/12ργI D J -=
其中γ为介质的等熵指数,0ρ为介质的密度,0I 为入射激光的强度(能量
密度)。
LSD 波阵面后等离子体的密度、压力和粒子速度:
()()()()()()[]
()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-=+=+-=+=+=---3/103/1013/123/203/103/13/223/12001121/11
41//1I D u I D p J J J ργγγργγγγργργρ LSD 波的速度:
等离子体对靶面的压力为:
在空气中的压力是低真空中压力的35倍。
LSD 传播的二维理论:
靶面压力:
T p 是激光脉宽。
将上面的结果带入公式:
P 0为1个大气压。
既求得大气压下LSD 波的寿命。
为1.9×104ns,在2.7Pa 时得LSD 波的寿命为430ns ,这两种情况下求得的爆轰波的寿命和在相同实验条件下Si 离子的寿命近似,可知,LSD 波的寿命和等离子体中Si 离子的寿命密切相关,LSD 波使在背景气体中烧蚀产生的等离子体中的碰撞增强,这种增强和LSD 波的长的寿命导
致了Si离子散射的增强和寿命的延长。
在LSC点燃阈值附近,这种增强热耦合的效果最显著,随着光强增大或者辐照时间增长,等离子体发生膨胀运动,其辐射谱也向长波移动,或者发生了LSC向LSD的转变。