激光冲击波机理及其在皮肤给药中的应用综述(6)
图8 单个的激波环形焦点处的条纹图像显示激波在水中传播
模拟波的一种具体轮廓如图9（a）所示，可见冲击波几乎是立即建立并且在4μm的空间扩展显示出一个典型的巨增长，在到达中心前保持不变而逼近中心时迅速缩减为3μm。相反的，外部激波阵面扩展到6μm，表明几何的声震缩减实质上减缓了冲击的传播。在聚合的中心处，压强极具增加到18Gpa──比在照射区初始压强高四倍，也比处于中心外的压强高10倍（这是由于2D聚焦的缘故）。尽管我们对焦点处的压强没有一个可信的实验值，但这已明显的暗示了那里急剧增加的压强，包括图9（b）显示样品的剧烈毁坏。我们注意到在焦点处没有可观察的光辐射，甚至当我们用激光照射汇聚中心点创造一个气泡来先发射冲击波时也没有。这些证据全部都表明声致发光是气泡在受压强和其他参数限制的区域破碎而形成的，并且这些参数不同于冲击波压缩的量[9]。
图9（a）激波峰值压强的数值模拟和水中多次以激波焦点处0μm为中心的（内部）标准压强面（b）典型的光学显微镜对焦点的样品毁坏成像
3.2.2 激光冲击波在金属中的传播观察
强激光照射到固体材料靶面时, 会在材料表面产生高温高压等离子体向外喷射, 从而在固体中诱导一个高压冲击波。利用强激光产生的这种超高压已成为超高压技术的一种有效手段, 并已用于惯性约束聚变。利用PVDF（聚偏氟乙烯及其共聚物压电计具有响应快、灵敏度高、测压范围宽等特点，是一座理想的冲击压力传感器[10]）进行测量。
实验测得峰值压力Pmax与功率密度I0之间满足如下关系：
Pmax∝I03/4 (2)
将以上实验数据用最小二乘拟合, 得到冲击波压力峰值的衰减规律满足
(3)
这里, Pmax为压力峰值（×108Pa）,x 为激光冲击波传播的距离（mm）, 其压力峰值的衰减如图12所示。
图10 激光冲击波峰压的衰减规律
冲击波的衰减规律是指数型的，冲击波峰压的减小率与传播距离的增加成线性关系（即dp/p=-bdx）[11].这说明用指数规律的形式预测激光冲击波的衰减具有良好的普适性在更广泛的实验数据基础上, 可以进一步获得材料在激光冲击波加载下的结构关系, 预测材料的层裂强度, 进而使材料动态断裂分析向定量化方向前进一步[12]。
3.2.3激光冲击大小的影响因素
(1)激光参数的大小
由图4冲击波的雨贡曲线及3.1激光冲击波的产生可知，冲击波的速度与压力成正相关关系，随着激光脉冲功率密度的增大，表层最大残余应力相应增大。残余应力的产生是冲击压力和相变应力共同影响的结果。两种应力分布叠加时就造成表层最终为压应力状态, 即外压内拉状态。这是因为激光冲击作用使吸收涂层气化形成等离子体爆炸，产生的高压冲击波分别向金属靶和约束层中传播，传向靶中的高压冲击波对金属靶起到强化和变形作用。
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