不同介质中激光烧蚀微冲量耦合特性实验研究

摘要

聚焦的高能激光和固体金属铝靶作用，通过烧蚀固体靶产生等离子体，使靶材料获得一定动量。在不同的环境条件下，通过实验研究激光烧蚀冲量耦合系数，可以分析激光和材料作用的动力学性质，对于激光烧蚀研究有重要意义。
　　本文分别在气体介质和液体介质中研究激光烧蚀铝靶材料的冲量耦合系数。首先从理论上研究了不同环境下激光和靶材作用，对空气和液体中冲击波行为进行模型分析。接着实验测量不同条件下的激光烧蚀铝靶冲量耦合系数。实验测量方法为压电传感器测量，传感器为自主设计的铝质探头。实验分别在气体环境和液体环境两种不同条件下进行。
　　在气体环境下，研究内容有:
　　(1)研究标准气压下铝靶冲量耦合系数和激光能量密度关系;
　　(2)改变气压，测量相同能量密度下激光冲量耦合系数，研究气压对烧蚀铝靶的影响;
　　(3)改变激光能量密度、研究激光能量密度对烧蚀铝靶面半径的影响。在液体环境条件下，主要研究内容有:
　　(4)水层厚度一定时，研究激光能量密度对铝靶冲量耦合系数的影响;
　　(5)研究激光在液体中聚焦位置对铝靶冲量耦合系数的影响;
　　(6)变换不同的液体介质，研究液体介质性质对铝靶冲量耦合系数影响。
　　实验结果表明:激光在气体环境中烧蚀铝靶时，随着激光能量密度的改变，铝靶冲量耦合系数大小会受到激光烧蚀铝靶的速率及等离子冲击波压强的影响，并且当激光存在烧蚀阈值时会影响冲量耦合系数的大小。激光在液体环境中烧蚀铝靶，铝靶冲量耦合系数随激光能量密度的变化趋势和空气中近似，但是液体环境中激光冲量耦合系数要明显高于空气中。实验发现在液体水柱中，激光聚焦位置距离靶面越远，铝靶冲量耦合系数越小，同时靶前靶后聚焦效果不同。最后实验还发现，在一定条件下，密度大的液体介质冲量耦合系数大，并且冲量耦合系数还和电离程度的难易有关。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 文章结构与安排

第二章 激光对固体介质和液体介质相互作用机理及推进模式

2．1 激光和固体介质作用

2．1．1 固体材料对激光的吸收

2．1．2 激光引起靶材料气化及等离子体产生

2．1．3 激光冲击波及等离子体屏蔽

2．2 激光和液体介质作用分析

2．2．1 液体介质的击穿电离

2．2．2 等离子体在液体介质中的膨胀

2．2．3 液体冲击波理论

2．3 激光烧蚀推进模型及相关参数

第三章 实验方法及测量原理

3．1 激光在气体条件下与铝靶作用

3．1．1 实验仪器部分

3．1．2 传感器测试原理及校准

3．1．3 实验测试内容及方法

3．2 激光在液体环境下与铝靶作用

第四章 激光在气体环境下和铝靶的作用

4．1 激光在标准气压下和铝靶作用

4．2 气压改变对激光冲量耦合系数的影响

4．3 等离子屏蔽效应对烧蚀半径的影响

第五章 激光在液体环境下与铝靶作用

5．1 激光在纯水中与铝靶作用

5．2 水柱中聚焦位置对冲量耦合系数的影响

5．3 不同液体介质对铝靶冲量耦合系数的影响

本章小结

第六章 全文总结及展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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