双脉冲激光支持的爆轰波在空气中的产生和传播(2)
时间:2017-06-01 22:35 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
20世纪优尔七十年代，人们对长脉冲激光作用靶表面产生激光支持爆轰波进行了大量的研究，由于高速摄像机分辨率较低，不能记录到激光脉冲作用时间内激光支持爆轰波的图像。近几十年，随着更高速相机的出现，可以记录到几时纳秒间隔的图像，但大多数研究主要针对短脉冲下激光与物质相互作用过程。对激光支持爆轰波形成和传播规律研究的较少，并缺乏激光作用期间内，空气中激光支持爆轰波传播的实验数据。 激光支持爆轰波产生时间在1微秒之内，其流场演化过程也不过持续几百微秒，作用过程时间很短，而爆轰波又具有较高压力和温度，因此给实验观测带来了困难。通常采用光学方法观察激光支持爆轰波，主要方法包括：高速摄影法观测激光支持爆轰波形态和流场；光谱法测量爆轰波温度等。 1966年，Yong、Hercher和Chung[6]用相机拍摄到激光击穿空气的等离子体发光，对等离子体结构和发射出的光谱进行了分析，发现等离子体发出的紫外光 非常强，能被用作光源，其光谱强度超过启动激光的闪光灯源。1968年，Alcock、Demichelis和Hamal[7]以激光作为纹影光源，首次测量到激光支持爆轰波结构，实验结果表明激光支持爆轰波轴向传播速度高于径向膨胀速度，但随着时间增加，轴向传播速度和径向速度趋于一致。 20世纪70年代，随着高功率、长脉冲CO2激光器的出现，人们对长脉冲激光在固体靶材表面产生的等离子体爆轰波进行了大量的研究，主要运用高速摄影法观察爆轰波流场演化图。1972年，Pirri、Schilier和Northam[8]采用高速摄影法研究了长脉冲激光作用于碳和钨靶表面产生的激光支持爆轰波。他们发现激光支持爆轰波在几十纳秒内形成，等离子体前沿吸收大部分激光能量，且以超声速背离固体表面向激光光源方向运动，在爆轰波后面留下柱形的等离子体云团。1975年，Mather和Hall[9]用马赫-曾德尔干涉仪记录了激光支持爆轰波结构和波阵面形状。他们通过对实验结果的分析发现激光支持爆轰波的特性与环境气体的种类和压力有很大关系。 20世纪90年代后期，高速照相技术的进一步发展为研究激光支持爆轰波提供了更先进的观察手段。1994年Song[10]采用CCD高速摄像机观察激光支持爆轰波传播，发现空气中爆轰波传播速度高达3.57x105m/s，液滴中爆轰波传播速度为2.8x105m/s，且爆轰波传播速度受介质密度影响。 1996年，Chang和Warner[11]采用纹影法得到了激光作用铝靶爆轰波阵面图像。同年，陆建、倪晓武和贺安之[12]用马赫-曾德尔干涉仪记录了纳秒激光与铝靶材相互作用产生的激光支持爆轰波，获得了激光支持爆轰波的传播速度变化规律。 进入21世纪，随着设备性能的提高，人们能够在更高的时间和空间分辨率下观察激光支持爆轰波。2001年，Mori、Komurasaki和Katsurayama[13]研究激光聚焦空气形成等离子体时，采用高速ICCD相机加滤光片的方法，获得了1 内等离子体演化图像，并采用阴影技术，记录了50 内冲击波流场演化过程。同年Takahashi、Ikuta和Nagayama[14]采用改进的纹影法拍摄到了初始几十纳秒内激光支持爆轰波结构，他们发现激光聚焦空气后会产生多个击穿点。 2003年，Kim、Lee[15]等人用Nd：YAG激光器击穿空气产生激光支持爆轰波，采用干涉法和阴影法拍摄到了爆轰波演化过程。实验发现冲击波波阵面位移与时 间的0.4次方成正比。他们认为可以把激光能量瞬间沉积过程看成是点爆炸。 近十年来，双脉冲激光支持的爆轰波正逐渐的被人们所研究，常见的是将双脉冲激光作用在靶材上。 2001年，Lehane和Kwok[16]用两个串联的Nd:YAG激光器作用在303型不锈钢表面，实验发现打孔效率获得了提高，他们认为，效率的提高是由于第二束激光脉冲导致的熔融材料迅速蒸发产生的反冲力。2004年Reinhard Noll和Ralph Sattmann[17]等人用Nd：YAG激光器产生的双脉冲激光作用在金属表面，研究由此产生的等离子体的空间和时间解析动力学，实验发现在单，双脉冲总能量相同的情况下由此产生的等离子体电子密度几乎是相同的，但由双脉冲激光产生的等离子体体积更大，辐射更强烈更持久，这对于LIBS的研究分析很有用。2005年， (责任编辑：qin) |