激光辐照下金属／炸药温度场的计算

 用有限元模型分析了激光辐照下金属/炸药双层材料的温度分布,得到了炸药表面中心温升与激光强度、光斑尺寸以及激光作用时间的关系,还得到了激光对金属/炸药装置点火的初步规律,分析了亚音速气流的对流换热对靶面温度场的影响。     

强激光加热旋转薄柱壳的参量选择分析

为了把激光加热静止圆柱壳的实验测量结果应用到旋转圆柱壳的激光参量估计中,研究了旋转圆柱壳的激光加热效率。用积分变换法得到了旋转圆柱壳的温度分布,分析了最大温升点相对激光峰值强度点的滞后现象。基于静止圆柱壳和薄壳假设,导出了旋转圆柱壳激光加热效率及估计辐照时间的表达式。对于旋转金属圆柱壳,最大温升点相对激光峰值强度点的滞后角和激光加热效率取决于无量纲参量DR(柱壳半径R与束斑半径r0之比)、DL(横向热扩散尺度4ατL与束斑半径r0之比)及DM(加热时间τL与柱壳旋转频率fR的乘积)。达到相同的最大温升时,旋转圆柱壳的激光辐照时间和静止圆柱壳的激光辐照时间之间存在与激光功率无关的非线性关系,而激光功率决定了所需的绝对激光辐照时间。     

碳、氮原子内壳层光电离X射线激光的理论探讨

提出了分析碳、氮原子内壳层光电离X射线激光的解析模型,对C原子K壳层光电离X射线激光的增益进行了理论计算。采用随时间线性增加的X射线抽运速率推导出了激光增益系数随抽运速率的上升速率、原子浓度以衣时间变化的解析表达式,给出了峰值时间和峰值增益。在理论上定量地分析了产生X射线激光所需的激光条件和最佳参数的选取,数值模拟与理论计算的结果是一致的。另外,对N原子K壳层光电离X射线激光作了类似的分析。     

单脉冲飞秒激光烧蚀炸药过程的热效应研究

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体。可以利用飞秒激光对含能材料或含能元器件进行精密加工。深入认识飞秒激光烧蚀炸药过程中，炸药内部的热效应是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。建立了单脉冲飞秒激光烧蚀炸药过程的流固耦合计算模型，考虑了在高温高压等离子体和炸药自热反应的共同作用下，炸药内部的热效应。对飞秒激光烧蚀TNT炸药过程进行了流体力学数值模拟。计算结果表明:TNT炸药中未烧蚀区域产生了热效应，峰值温度高于TNT炸药的点火温度，但由于炸药内热效应区域极小，高温持续时间极短，因此炸药内温度迅速下降，没有发生点火现象。     

1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

 通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

激光烧蚀水下金属产生冲击波和空泡效应的研究

采用自行研制的高灵敏度光束偏转测试系统,对脉冲激光烧蚀水下金属产生的等离子体冲击波和空泡效应进行了实验研究。实验得到了激光等离子体冲击波的传播规律、冲击波与激光空泡的分离过程、空泡的脉动特性以及空泡溃灭冲击波的形成机制。结果表明,空泡最大和最小泡径、振荡周期均随着脉动次数的增加呈减小趋势,且减小幅度较大。最小收缩泡径由泡能和腔内含气量共同决定。在同一次脉动过程中,空泡膨胀所需的时间明显大于收缩所需的时间。     

气流对飞秒激光加工炸药装药过程的热安全性影响分析

由于炸药具有热传导系数小、对温度极其敏感的特点,在使用多脉冲飞秒激光对其进行持续加工时,极有可能在炸药内形成热累积,从而导致点火、燃烧等危险事件的发生。为了降低激光加工材料过程中的热效应,人们普遍采取在材料加工表面施加气流的方法。为了研究加载气流条件下,炸药装药在飞秒激光作用下产生的烧蚀产物的运动规律以及炸药装药内部的温度变化,建立了加载气流条件下飞秒激光加工炸药装药过程的二维流固耦合计算模型,对在单侧、双侧不同入射角度的亚音速气流作用下,飞秒激光加工奥克托今（HMX）炸药装药的过程进行了数值模拟计算。计算结果表明：单侧气流会在炸药加工表面形成漩涡流,导致烧蚀气体产物在炸药表面做旋转运动,加重了烧蚀产物对炸药的热影响;双侧气流会在远离炸药加工表面的地方形成较大的漩涡流,从而使烧蚀气体产物迅速离开炸药加工表面,有效降低了炸药的温度,提高了飞秒激光加工炸药装药过程的安全性。     

激光诱导充压柱壳破坏模式与参数阈值分析

通过数值计算模拟了激光诱导充压柱壳的热力破坏效应,研究了典型结构的动态爆裂过程,获得的破坏模式与实验结果基本一致。给出了三类典型破坏模式及其对应的参数范围,探讨了各类破坏模式的形成机理,并分析了不同光斑尺寸、壳体厚度条件下热软化效应对破坏内压阈值的影响,以及预内压与破坏时间的关系。研究结果表明:光斑半径越大、热软化程度越高,柱壳的破坏内压阈值越低,且破坏内压阈值随着壳体厚度的减小呈线性下降;给定激光参数和壳体参数下破坏时间随预充内压增大而减小并呈二次函数关系。给出了一种通过热软化程度预估激光诱导充压柱壳破坏时间的方法。     

短脉冲激光加工双温方程的优化运算

为研究双温方程中电子热传导项和电子与晶格耦合项对激光辐照物体表面温度场求解的影响,对这两项施加了约束条件。由于飞秒和亚皮秒激光与物质相互作用时间短,电子与晶格来不及耦合,所以对耦合项施加时间约束;根据相分离条件(CPPS),对热传导项施加空间约束。利用有限元方法建立了激光烧蚀金属铜膜表面的有限元模型。通过分析双温方程中热传导项和耦合项对计算结果的影响,发现短脉冲激光与铜金属相互作用过程中电子与晶格耦合项可以忽略,而传导项不可忽略。求解适当激光功率下的双温方程,得到了激光作用中心电子与晶格在不同脉冲宽度激光辐照下的温度变化关系。根据100 fs激光作用后晶格温度场的空间分布情况,研究了激光作用的相分离区域、相爆炸区域以及熔融区域的分布情况。     

激光引爆炸药和冲击加载铝板的数值研究

本文用一维反应流体力学程序SSS模拟研究PETN炸药的激光引爆过程。分别讨论了激光波形、窗口厚度的影响,认为激光功率密度在10~6～10~8W/cm^2时,其引爆机制主要为热机制;炸药受热膨胀是激光能量损耗的主要因素之一。此外,本文还讨论了激光引爆后,爆轰波与铝靶的相互作用。     

烟火泵浦钕玻璃激光器出光实验研究

 烟火泵浦是激光器小型化、便携化的一种解决方法。研制了一种用于钕玻璃激光器泵浦源的化学试剂,其主要成分为金属粉和碱金属含氧酸盐。设计了烟火泵浦钕玻璃激光器实验装置,激光器采用平-凹腔结构、紧包型侧面泵浦,输出镜反射率98％,钕玻璃棒尺寸f8 mm×100 mm。采用A,B两种配方的泵浦源进行出光实验,A配方得到了波长为1 053 nm能量为29 mJ的激光,B配方没有出光。分别计算了两种泵浦源的阈值辐射强度,并与测量得到的药剂辐射强度平均值比较。A配方所提供的辐射强度2.68×104 W·sr^-1,大于阈值2.37×104 W·sr^-1;B配方小于阈值,未能出光。这与实验结果吻合,证明烟火泵浦方法可行。     

LED pumped polymer laser sensor for explosives

A very compact explosive vapor sensor is demonstrated based on a distributed feedback polymer laser pumped by a commercial InGaN light‐emitting diode. The laser shows a two‐stage turn on of the laser emission, for pulsed drive currents above 15.7 A. The ‘double‐threshold’ phenomenon is attributed to the slow rise of the ∼30 ns duration LED pump pulses. The laser emits a 533 nm pulsed output beam of ∼10 ns duration perpendicular to the polymer film. When exposed to nitroaromatic model explosive vapors at ∼8 ppb concentration, the laser shows a 46% change in the surface‐emitted output under optimized LED excitation.     

一类系列脉冲激光照射真空中铝靶产生的LSD波

本文应用一维双温激光靶相互作用简化物理模型对脉宽为10ns级系列脉冲激光照射真空中铝靶产生的LSD波进行了数值研究。对于单个脉冲宽度τ_p=10ns,脉冲间距τ_p=50ns的系列脉冲情况,得到了LSD波点火的脉冲个数N_(LSD)与单脉冲归一化强度(I_s/I_(LSD))的关系。分析了系列脉冲激光LSD波点火的积累效应以及LSD波的屏蔽效应。     

用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性

报导用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性的实验结果。系统由计算机控制，可同时显示远场光斑形状及强度分布。测量He-Ne激光器、半导体激光器及氩离子激光器指向稳定性及激光束输出强度的稳定性。     

激光点火系统温度效应及其控制技术的研究

激光点火系统应用于武器系统必须符合高低温性能的要求。研究了激光点火系统的高低温特性,得到了激光二极管阈值电流和输出光功率随温度变化的规律。基于对规律的分析,研制了带温控技术的激光点火系统。该系统以单片机为控制部件,以TEC为温控部件,以负温度系数热敏电阻为测温元件。     

激光二极管点火系统研究进展

综述了激光点火方式、激光二极管点火系统的组成及最新发展。提出了一种激光二极管点火系统结构,描述了各部分的关键技术。介绍了国外在光回路检测、保险与解保险及多路点火方面的研究成果,以及国内在温度控制、光纤芯径对点火阈值功率的影响和激光点火器设计的研究成果。指出了当前激光点火技术在武器装备中的应用和现阶段激光点火遇到的技术难点。     

Experimental Study on Igniting Self-propagating High-temperature Synthesis by Laser

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｓｅｌｆ ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓ (ＳＨＳ )ｗａｓｆｉｒｓｔｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄａｎｄｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｂｙＭｅｒｚｈａｎｏｖａｎｄＢｏｒｏｖｉｎｓｋａｙａｗｈｅｎｔｈｅｙｓｔｕｄｉｅｄｒｏｃｋｅｔｓｏｌｉｄｆｕｅｌｓｆｒｏｍｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌｍｅｔａｌｓｗｉｔｈｂｏｒｏｎ ,ｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｅｔｃ.ＳＨＳ′ｓｍａｔｅｒｉａｌｂｅｇｉｎｓｔｏｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ…     

Experimental Study on Igniting Self-propagating High-temperature Synthesis by Laser

An applied range of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) is extended under igniting by laser, but there is no study in detail on its ignition process. The ignition time of SHS by laser is studied in detail in this paper for searching igniting law. A laser beam produced by CO2 laser scans back and forth along a straight line on the surface of a sample, and an ignition time is measured under different testing conditions. The results show that the ignition time is the shortest at certain mixing time, the ignition time is longer with decreasing of the density and increasing of the sample density, and the ignition time becomes shorter when pre-heat temperature rises, but the ignition time has no relation with the area and the thickness of samples when the thickness is thicker, and it has no close relation with shield gas of N2.