液体中激光等离子体声波特性研究

采用压电陶瓷水听器对液体中激光等离子体声波进行了实验研究.利用小波变换对不同激光能量、不同作用金属物质、不同激光波长下检测的声波信号进行了频谱特性分析.结果表明:液体中激光等离子体声波的频率分布范围为0～150 kHz,激光能量、金属物质与激光波长的改变对声波频率范围并没有太大的影响;小波分解后,低频a6级信号的能量占总能量的绝大部分,所占比例随着金属离化能的增加而减少;信号的主要频率成分为0~10 kHz,集中在a6级,峰值频率为5kHz.     

高能量全光纤2 μm掺铥脉冲光纤激光器

基于增益开关技术获得了稳定的高能量全光纤结构2 m脉冲光纤激光器,脉冲重复频率在10~50 kHz之间可调,输出激光中心波长为1958 nm,输出脉冲宽度随着泵浦功率的增加不断减小,其变化范围为1.2~1.7 s。采用两级掺铥光纤放大器对种子激光进行放大,当脉冲重复频率为10 kHz时,获得了5.18 W的输出平均功率,输出脉冲宽度为1.6 s,单脉冲能量为0.518 mJ。     

激光声信号的频谱特性

构建了激光声实验测量系统,利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号,由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型,实验研究了激光声信号的频域能量分布,以及激光器重复频率和激光声信号频谱特性的关系。结果表明:激光声信号能量主要集中在200 kHz内,其中100~200 kHz内的能量所占比例约50%。激光声信号的幅频响应极大值点可以受到激光器重复频率的控制。     

10kW峰值功率高脉冲能量全光纤结构2μm掺铥光纤激光器

基于增益开关技术在高掺杂浓度掺铥光纤中获得了稳定的2μm种子脉冲激光,输出激光中心波长为1 979.4nm,脉冲重复频率在1~100kHz之间可调,输出脉冲宽度变化范围为60~200ns。采用两级掺铥光纤放大器对该种子脉冲激光进行放大实验,当种子脉冲激光重复频率为20kHz时获得最大输出平均功率为17.2W,输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射噪声。最大功率输出时,脉冲宽度为82ns,对应单脉冲能量为0.86mJ,脉冲峰值功率高于10kW。     

基于频率特征的薄膜损伤声学判别方法

利用声学法研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况,建立了激光致薄膜产生的声波采集系统,对其采集到的时域信号进行傅里叶变换,比较和分析薄膜损伤前后声波24~40kHz高频段的曲线,提取频率特征,并提出用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别方法。实验数据结果表明,该方法简单易行,可降低环境噪声的影响,既能实现在线检测,又能准确判别薄膜损伤。     

纳秒激光诱导空气等离子体射频辐射特性研究

开展了波长为532 nm、脉宽为8 ns的纳秒激光诱导空气等离子体射频电磁辐射特性实验研究,基于锥形天线探测空气等离子体在30-800 MHz频谱范围有较强的射频电磁辐射,是等离子体内电偶极子振荡变速运动造成的.实验结果表明:随激光能量增加,30-200 MHz范围内射频辐射强度逐渐变强,但360-600 MHz频率范围射频辐射强度逐渐变弱.等离子体射频辐射的空间分布依赖于入射激光的偏振方向,当激光偏振方向与天线放置方向一致时,该方向上空气等离子体的射频辐射强度高,谱线较丰富.射频辐射总功率随激光能量先增加后降低,采用等离子体电子密度变化对等离子体频率及等离子体衰减系数影响(制约)关系,对射频辐射总功率随激光能量的变化规律进行了解释.     

超声波和超声场

 声波是一种机械波,如果用频率来表征声波,并以人的感觉频率为分界线,可把声波划分为次声波(f<20Hz)可闻声波(20Hz≤f≤20kHz)及所谓超声波,它是指频率大于20kHz以上的声波。一般认为人耳所能听见频率的上限为20kHz。由于超声波的波长短,相同的振幅情况下,质点振动传递的能量就大得多,超声波在传播时就具有了与光传播时类似的特性,可以借助于光学的一些原理来研究它。计算表明,在液体中传播着超声波,其质点振动加速度的幅值可高达重力加速度的上百万倍!波长短的超声波的显著特征是方向性强,这样可用它采集信息,特别是材料内部的信息,因为超声波几乎能穿透任何材料。这对于某些其他辐射能量不能穿透的材料,超声波便显示出其独特的优越性。因之,超声波在工业、医疗等科技领域中有着重要的应用。     

粘性液体中激光空泡辐射声波的特性研究

通过PZT水听器对不同粘度粘性液体中激光空泡脉动辐射的声波特性进行了实验,获得了粘性液体中激光泡声波并进行分析.分析结果表明:激光空泡在脉动过程中辐射的声波将受液体粘性影响,粘性系数越大,辐射声波强度越弱,峰值频率呈现增大的趋势.     

激光诱导等离子体光谱空间分布特性

激光波长和激光入射角是影响激光诱导等离子体空间分布和光谱强度空间分布特性的重要因素.基于流体动力学和SAHA方程,仿真了激光诱导等离子体的二维空间演化过程,研究了激发等离子体的辐射光谱空间分布特性及激光波长、入射角度等参数对等离子体特征谱线空间分布特性的影响.研究结果表明:波长为1064 nm的激光在不同延时条件下,最佳激光入射角度均为0°.当入射角度为0°时,所激发的等离子体辐射在不同的探测角度处均有较强的光谱信号,且在100,500,1000 ns延时条件下,最佳探测角分别为±41°、±11°和±12°.对于不同的波长,当延时分别为100 ns和500 ns且激光以0°入射时,长波长激光所激发的等离子体光谱在不同探测角处的强度均强于短波长激光.当延时为100 ns时,1064 nm波长激光所激发的光谱在最佳探测角位置的强度约为532 nm和266 nm波长激光所激发的光谱在各自最佳探测角位置强度的2倍.随着探测角绝对值的减小,等离子体辐射光谱强度先增大,到达最佳探测角后强度再减小.入射波长分别为532 nm和1064 nm的激光诱导击穿光谱实验结果验证了仿真结果.     

激光等离子体光谱分析技术的发展现状

综述了近几年来应用激光等离子体光谱分析技术在不同领域所取得的研究成果,包括利用激光诱导击穿光谱学(LIBS)和激光诱导等离子体光谱学(LIPS)方法对固体样品(如金属合金、土壤、混凝土、矿物、化石、药品等)、液体样品(溶液、纯净水、液体喷射流等)和气体样品(大气、纯净气体、水蒸气和气溶胶等)中物质成分和相关特性的分析研究,以及在其他方面的研究应用;讨论了影响检测性能的因素,如激光波长、脉冲能量、功率密度、环境气氛、外加电场、样品表面涂层以及样品材料性能等对分析精确度和检出限的影响;对一些改进的实验装置及方法也进行了简单介绍。激光等离子体光谱分析技术的发展,为许多科学和应用研究创造了方便和快捷的有利条件,对科技进步有深远影响。     

Characterization of laser-induced ultrasound signal by reduced graphene oxide thickness and laser intensity

A nanosecond pulse laser generates acoustic waves on a water-material interface. The absorbed beam energy heats and thermoelastically expands the material. The thermoelastic stress of a material is dependent on its absorbance and expansion coefficient. In this work, we used a composite of reduced graphene oxide (RGO) and aluminum thin film to increase the efficiency of conversion from beamed energy to thermoelastic stress. A laser shadowgraph showed enhanced acoustic waves propagating at ~1,500 m/s under water. The effect of RGO on ultrasound generation is examined for different thicknesses of RGO at several laser fluences. The pressure of laser-induced ultrasound on the RGO–aluminum composite was measured to be up to 59 times greater than that produced with an aluminum film alone, and the frequency of laser-induced ultrasound was determined by the thermoelastic response. The strong intensity and broad bandwidth of the laser-induced acoustic wave suggested enhanced repetition time and resolution required for biomedical imaging.     

Spectral and energy characteristics of acoustic emission in the laser radiation breakdown of water

Results from experimental investigations of acoustic emission from the optical breakdown zone in liquid formed by laser radiation at a wavelength of 532 nm are presented. The linear dependence of the acoustic pressure on the laser pulse energy is revealed. It is shown that the effect of an additional source of sound at a frequency of 37 kHz enhances the acoustic emission from the optical breakdown zone.     

纳秒激光诱导空气等离子体的红外辐射特性研究

纳秒激光诱导空气等离子体存在从紫外、可见、近红外乃至射频微波的宽谱段辐射,但目前的研究大多关注紫外到可见波段的光谱辐射。激光等离子体作为一种新型的红外辐射源具有很多优势,相比于红外干扰弹以及红外干扰手段而言,空气等离子体红外辐射源可以灵活布置,成本低廉,因此研究空气等离子体的红外辐射特性就很有必要。针对目前脉冲激光诱导空气等离子体的红外干扰研究需要,对激光波长为532 nm的纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的红外辐射特性进行实验研究,探讨激光能量对空气等离子体红外辐射强度的影响规律,以及空气等离子体红外辐射的角度分布特性,分析了等离子体红外辐射的可能产生机制。实验结果表明,激光诱导空气等离子体在950～1 700 nm范围内的红外光谱为线状谱和连续谱的叠加。其中线状谱主要是氮和氧的中性原子谱线,并且氮原子红外辐射占主导。随着激光能量的增加,由于空气击穿产生的氧和氮原子数量增加,导致空气等离子体红外辐射的谱线强度逐渐增大。随着红外探测角度的变化,在探测角度为75°时,OⅠ 1 128.63 nm和NⅠ1 246.96和1 362.42 nm谱线强度达到最大,在探测角度为120°时,NⅠ 1 011.46和1 053.96 nm谱线强度达到最大,这是因为空气等离子体红外辐射强度随探测角度变化呈现空间非对称性,表明空气等离子体内不同粒子的空间分布呈现非对称性。     

多脉冲高能量强激光诱导产生Al等离子体发射光谱分析

 用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.064 μm激光,在空气环境下作用于金属Al诱导产生等离子体,获得了不同能量以及多次脉冲烧蚀下的Al等离子体发射光谱,分析了谱线强度与能量变化之间的关系,实验结果表明：随激光能量的增加,谱线的信号强度明显增强;对等离子体光谱进行Lorentz线型拟合,获取了谱线的半高宽,以此来计算电子密度,得到了电子密度及信号强度随多脉冲强激光诱导次数的增加而逐渐下降的演化规律。     

Non-contact acoustic tests based on nanosecond laser ablation: Generation of a pulse sound source with a small amplitude

A method to generate a pulse sound source for acoustic tests based on nanosecond laser ablation with a plasma plume is discussed. Irradiating a solid surface with a laser beam expands a high-temperature plasma plume composed of free electrons, ionized atoms, etc. at a high velocity throughout ambient air. The shockwave generated by the plasma plume becomes the pulse sound source. A laser ablation sound source has two features. Because laser ablation is induced when the laser fluence reaches 10¹²–10¹⁴ W/m², which is less than that for laser-induced breakdown (10¹⁵ W/m²), laser ablation can generate a lower sound pressure, and the sound source has a hemispherical radiation pattern on the surface where laser ablation is generated. Additionally, another feature is that laser-induced breakdown sound sources can fluctuate, whereas laser ablation sound sources do not because laser ablation is produced at a laser beam–irradiation point. We validate this laser ablation method for acoustic tests by comparing the measured and theoretical resonant frequencies of an impedance tube.     

飞秒激光作用下光学玻璃和激光玻璃的光致暗化及其ESR研究

报道了多种商用光学玻璃和激光玻璃在800nm,120fs,1kHz脉冲激光作用下,产生光致暗化的阈值.并对照射前后的玻璃进行ESR分析,结果表明,光致暗化是由于玻璃内生成空穴捕获型色心的结果.认为玻璃在800nm飞秒激光照射后所产生的色心来源于玻璃的多光子吸收 关键词： 阈值 暗化 玻璃 飞秒激光 ESR     

一种耐静压分布反馈式光纤激光水听器探头设计

大深度工作环境下，静水压会引起分布反馈式光纤激光水听器反射中心波长漂出解调系统的复用窗口，使水听器无法解调目标声压信号；不同的静水压也会引起分布反馈式光纤激光水听器灵敏度的变化，影响光纤激光水听器阵列的一致性。基于电力声类比理论，提出带静压补偿的分布反馈式光纤激光水听器探头，建立结构的声压传递函数，分析各结构参数对传递函数的影响，为分布反馈式光纤激光水听器探头频率响应平坦化设计提供理论依据。加工制作了耐静压分布反馈式光纤激光水听器样品进行测试，在0 kHz～10 kHz频率范围内声压灵敏度波动范围不大于±2.4 dB，2.3 MPa内出射激光中心波长漂移量不大于0.06 nm，对深水光纤激光水听器的研究具有指导意义。