激光诱导水击穿阈值的数值分析

摘要

本文针对激光诱导水击穿阈值的计算，从理论上研究了激光与液体物质相互作用过程中的击穿模型，并建立了两种不同的计算模型，在此基础上对击穿辐射阈值做了理论计算，对计算结果进行了分析及与前人的实验结果进行了比较。
　　 根据对激光与液体介质相互作用引起光学击穿的机制的分析，在此基础上建立了一级模型，得到了三种光学击穿阈值，并对实际阈值的确定进行了分析。同时在自由电子速率方程的基础上建立了另一种模型，并根据多光子电离和雪崩电离的形成条件以及作用对自由电子速率方程进行了适当的简化，然后通过自由电子密度速率方程的数值解的计算来确定水的激光光学击穿阈值。对两种模型所计算出来的理论结果与实验所测得的结果进行了比较，从而比较了两模型的优点与缺陷，同时发现其结果与波长为可见光和近红外波段，脉宽为纳秒级、皮秒级和飞秒级的脉冲对水的击穿阈值的实验结果相当吻合。
　　 将通过一级模型得到的理论计算结果与不同波段、不同脉宽的激光脉冲在纯净的水和含有杂质的水中的实验测量的击穿阈值进行了比较，从而从理论和实验两方面对光致水击穿的辐射阈值的脉宽依赖性、杂质依赖性和光斑尺寸依赖性进行了详细地讨论。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3国内外激光等离子体理论和实验研究进展

1.3.1国内外在理论研究方面的情况

1.3.2激光等离子体在实验研究方面情况

1.4等离子体诊断技术

1.4.1微波诊断技术

1.4.2等离子体的微波腔诊断技术

1.4.3等离子体的辐射诊断

1.4.4光谱诊断技术

1.4.5激光诊断技术

1.4.6朗缪尔探针诊断技术

1.5本章小结

2液体介质击穿的基础理论

2.1介质击穿机制的种类

2.2光致击穿的两种机制

2.2.1雪崩电离机制

2.2.2多光子电离机制

2.3液体的光致击穿

2.3.1液体中光学击穿模型的进展

2.3.2液体中光学击穿的判断

2.3.3液体中光学击穿的机制

2.4本章小结

3激光诱导水击穿模型的建立

3.1激光诱导水击穿阈值的一级模型

3.1.1水介质的雪崩击穿阈值

3.1.2水介质的多光子初始阈值

3.1.3实际击穿阈值的确定

3.1.4水下雪崩击穿的杂质依赖性

3.1.5水下雪崩电离的光斑大小依赖性

3.2自由电子速率方程模型

3.3本章小结

4激光诱导水击穿阈值的计算与分析

4.1一级模型的计算值与自由速率方程数值解的比较

4.2光致水击穿阈值的理论结果与实验结果比较

4.3光致水击穿阈值的杂质依赖性

4.4光致水击穿阈值的光斑大小依赖性

4.5光致水击穿阈值的脉宽依赖性

4.6本章小结

4.6.1激光诱导水击穿的四种脉宽段

4.6.2激光诱导水击穿阈值与杂质、光斑大小的关系

5总结与展望

5.1论文工作总结

5.2液体光学击穿的发展展望

5.2.1液体光学击穿的最新应用

5.2.2液体光学击穿的研究展望

致谢

参考文献

附录：本论文中用到的符号的意义和常量