高功率激光作用水介质的电离性质研究(2)
1.2 研究意义 激光与液态物质相互作用，这就会导致热学、力学、光学等丰富的物理效应，因此对这一问题的研究也就广泛涉及到激光物理、传热学、等离子体物理、非线性光学、热力学、固体物理、气体动力学、材料力学、流体力学、材料科学、光电子学和医学工程等各个学科[2]。或称之为激光在液态物质中诱导等离子体反应的研究一直无太大进展，特别是在实验等领域[3]。首先我们应该理解激光与物质相互作用的基本规律，可以概括为[4]：光能粒子被受激物质吸收，转化为受激物质的激发能，继而转化为其他形式的能。由于气态物质与固态物质的作用机理较为简单，并无液态物质中作用可能导致的激发现象，故在这两个领域的发展一直较为迅速，已实现的成果包括激光加工、热处理、光学元件间的相互作用（半导体、电荷耦合器件、光学薄膜）等。 激光与物质相互作用的过程中中分子的结构由于受到激光的影响发生多种形式的变化，例如激光在液态物质中与等离子体相互作用[5]，发生汽项化学反应、生成团簇以及随之发生解离[6]。激波和其他波动也伴随着此过程形成。所以在激光与液态物质相互作用的领域，由于等离子体演化过程及条件都还无法确定，实验观测也较难获取，所以一直是人们无法更进一步研究的根本原因。 激光与液态物质相互作用受到了越来越多的关注，早在上个世纪六十年代，激光已经在医学等领域展开，在近20 年间，激光在眼科中的发展，即在含水介质中诱导击穿并应用于治疗的方面，已成为研究者们研究生物医学、生物物理学、医学以及其他交叉领域中必不可少的话题之一[7]。早期由于医疗安全方面无法得到足够的保障，一直处于试验阶段，如今也成为解决不少疑难杂症过去人工手段无法实现的病例最有效的方法。大多数生物体软组织和体液，含水量都达到了 80%及以上，因此，已经验证成功的激光作用在固体物质上的模型并不能加以利用，也正是如此，这个领域得到了更多的关注与投入。目前取得的一些进展包括，利用调 Q 纳秒脉冲和锁模技术使激光击穿眼睛及周围含水介质，得到了它的击穿阂值[8]。这项技术的突破使人们看到了在激光手术中，使用调 Q——Nd:YAG 激光可以通过较低的闭值能量脉冲达到既减少间接组织伤害，又可以起到手术效果的实现。同时产生的冲击波和激光空泡也不能忽视，这将成为人们后续研究激光对人体组织造成伤害的方向的问题所在。
1.3 研究进展 随着激光技术的发展，人们也对激光与物质相互作用的研究ᨀ出了更高的要求，例如怎样通过技术参数的调整实现加工效率的ᨀ高[9]，这些问题不光取决于激光和受激物质的特性，还与实验条件、作用发生的物质状态、相互作用的机理相关[10]，首先要了解等离子体击穿发生的靶向材料的表面特性，其次激光作用水介质的工作过程是怎样发生，等离子体的时空分布，都影响着实际环境中的效果[11]。这种多因素的状况影响了开展等离子体方面研究的进展，如今通过建立模型的方法，能有效分析不同靶向材料和条件下，激光作用物质的理论研究。 目前，高功率激光与材料或生物组织相互作用的应用，等离子体工业的建立表面在多个学科中等离子体技术已经得到了应用[12]，特别是在薄膜沉积，目前使用等离子体聚合技术已经能够将高分子聚合进行制备[13]。纳米颗粒的制备、激光加工、精密仪器加工、激光微外科、以及激光推进等方面的应用备受瞩目[14]。 本文主要在简述高功率激光作用水介质的现象，应用和主要机理的同时，分析该领域国内外最新的进展和动态；理解自由电子密度速率方程理论᧿述光学击穿过程的基本原理，建立包含雪崩电离机制及多光子电离机制的速率方程；利用计算速率方程模型分析光致击穿中主导电离机制和影响因素；通过上一步计算的结果，分析激光击穿阈值和激光参数的关系。
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