脉冲XeCl准分子激光与靶材冲量耦合研究

论文摘要

激光与材料的冲量耦合是激光一靶作用过程中的物理现象之一,在激光推进、激光破坏效应、抗辐射加固等研究中具有重要应用。激光对材料的冲量耦合大小与激光参数、周围环境、靶附近等离子体状态、靶材种类密切相关,研究这些因素对冲量耦合的影响具有实际意义。本文主要对紫外激光对典型材料(LY12铝)的冲量耦合进行了理论和实验研究。 首先利用四种简单模型进行了相应的理论计算,分析了激光参数、气体环境和等离子体状态对冲量耦合的影响:在激光热烧蚀阶段,计算得到了激光加热、稳态气化和非定常气化的相关热力学参数,进而采用透明蒸汽模型对真空中不同激光参数的冲量耦合进行了计算;在等离子体产生阶段,利用等离子体点火模型分析了短波长激光的吸收机制,利用定标模型计算得到了亚临界状态主要特征参数随激光参数的变化关系,并利用G.A.Simons的LSD波模型计算了环境气压对冲量耦合的影响。然后,利用10J、40ns氯化氙准分子激光进行了靶材烧蚀实验,获得了真空条件下LY12铝的冲量耦合随激光功率密度的变化关系,实验研究了LY12铝和K9冲量耦合随环境气压的变化,实验结果与计算结果基本相符;通过靶面散射光波形研究分析了靶前等离子体状态的发展变化,另外还测到了等离子体发射谱和蒸汽羽/等离子体积分图像。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 高功率激光与靶材相互作用概述
• 1.2 激光烧蚀靶材的冲量耦合
• 1.3 国内外现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 激光对靶材的热烧蚀与冲量耦合
• 2.1 靶面反射系数
• 2.2 汽化前的靶面加热
• 2.3 靶面汽化过程
• 2.4 冲量耦合效应
• 2.5 小结
• 第三章 激光烧蚀等离子体的产生及特征
• 3.1 等离子体点火模型
• 3.2 亚临界状态激光等离子体
• 3.3 激光吸收波
• 3.4 小结
• 第四章 激光烧蚀靶材实验
• 4.1 实验方法
• 4.2 冲量耦合实验研究
• 4.3 激光等离子体诊断分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献表