红宝石脉冲激光作用下压电陶瓷片的电学性质

研究在普通红宝石脉冲激光作用下,锆钛酸系(PZT)压电陶瓷片的电学性质时,观察到一种异常现象:聚焦的脉冲激光束辐照样品时,无论沿极化方向(正向)还是逆极化方向(负向)照射,在样品两面的电极间都能观察到幅度相同而极性不变的电信号波形,但是,当激光击穿样品时,在上述两种照射情况中,所观察到的电信号波形有一个突变,其中之一的极性可能变号。本文报导了所得的实验结果,并对其作了初步探讨。     

土壤中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱研究

基于正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS) 技术对长春市四个地点地表土壤样品中的重金属元素进行了研究, 根据光谱线强度定性分析了重金属元素Mn, Cr, Cu, Pb含量.实验结果发现, 在532和1064 nm激光脉冲能量分别为70和100 mJ的条件下光谱增强随延时的变化出现双峰结构. 脉冲间延时20 μs时, Mn I 406.4 nm光谱增强幅度达到2.75倍, 延时为30 μs时出现第二个尖峰, 增强幅度为2.4倍.最后对正交预烧蚀DP-LIBS光谱增强机理进行了讨论. 关键词： 预烧蚀 双脉冲激光诱导击穿光谱 光谱增强 土壤污染     

HF激光脉冲与水柱表面相互作用产生电信号(英文)

研究了脉冲HF激光与水柱表面相互作用下电信号的产生过程。电信号显示了与激光能量线性相关的峰值间有时间间隔的两峰结构,且第二个尖峰在水柱底部的蒸汽腔塌缩后出现。实验还显示电信号的幅值和激光脉冲照射过程中是否存在膨胀和挤压的薄水层密切相关。如果在电池上边缘和石英平板(石英板紧邻电池,并与水柱上表面相接)之间存在一薄水层,电信号强度会增加10倍。     

HF激光脉冲与水柱表面相互作用产生电信号(英文)

研究了脉冲HF激光与水柱表面相互作用下电信号的产生过程。电信号显示了与激光能量线性相关的峰值间有时间间隔的两峰结构,且第二个尖峰在水柱底部的蒸汽腔塌缩后出现。实验还显示电信号的幅值和激光脉冲照射过程中是否存在膨胀和挤压的薄水层密切相关。如果在电池上边缘和石英平板(石英板紧邻电池,并与水柱上表面相接)之间存在一薄水层,电信号强度会增加10倍。     

不同样品温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导铜击穿光谱的影响

研究了不同温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)强度的影响,使用Nd:YAG脉冲激光激发样品并产生等离子体,探测的等离子体发射的光谱线为Cu(Ⅰ)510.55 nm,Cu(Ⅰ)515.32 nm和Cu(Ⅰ)521.82 nm.使用透镜的焦距为200 mm,测量的聚焦透镜到样品表面距离的范围为170—200 mm,样品温度从25℃升高到270℃,激光能量为26 mJ.总体上,升高样品温度能有效地提高LIBS光谱的辐射强度.在25℃和100℃时,光谱强度随着聚焦透镜到样品表面距离的增加而单调增加;在样品温度更高(150, 200, 250和270℃)时,光谱强度随着距离的增加出现先升高而后又降低的变化.同时,在样品接近焦点附近,随着样品温度的升高,LIBS光谱强度的变化不明显,还可能出现光谱强度随着样品温度升高而降低的情况,这在通过升高样品温度来提高LIBS光谱强度中特别值得我们注意.为了更进一步了解这两个条件对LIBS的影响,计算了等离子体温度和电子密度,发现等离子体温度和电子密度的变化与光谱强度的变化几乎一致,更高样品温度下产生的等离子体温度和电子密度更高.     

水温对介质击穿和热膨胀机制下所激发的光声信号影响的比较

在0℃到室温范围内,研究了水中通过液体的光击穿机制所产生的声脉冲。与热膨胀机制下所产生的声脉冲不同,通过液体介质光击穿机制所产生的声脉冲的极性和幅度不随水温而变。这一结果间接证明了声脉冲的产生是由于含等离子体腔体本身膨胀。文中对这一现象给出一种半经验描述方法。     

微机电系统微尺度间隙的脉冲击穿特性

利用微机电系统(MEMS)工艺制备了5~40 m间隙的金属铝薄膜电极,测取了不同间隙下施加纳秒方波脉冲时的击穿电压,得到击穿电压和平均场强随电极间隙的变化规律,研究了脉宽、极性对击穿电压的影响,结合击穿后微电极扫描电镜观察结果讨论了其击穿机理,并与相同试样在直流下的结果进行了对比。研究表明:击穿电压随微间隙距离的增大而增大,击穿场强则随着间隙的增大迅速减小;与直流同间隙的击穿电压相比,脉冲作用下的击穿电压并不像宏观尺度下那样高出很多;试样击穿机理应为流注理论。在脉冲作用下,阳极出现了分层熔化现象,由于作用时间很短,阳极表面并未出现类似于直流击穿时留下的坑洞;阴极则出现了溅射沉积现象,只是沉积物质相对较少。     

激光激发水中产生超声波的实验研究

采用压电陶瓷水听器研究了Nd：YAG脉冲激光激发水中产生瞬态超声波的特性,给出了声压信号随距离的变化关系。研究结果表明：用激光产生水下声波是完全可行的。当观测点与光击穿区的距离r远大于柱体长度时,垂直于光传播方向的激光瞬态超声波幅值与r成反比;当观测点与光击穿区的距离r很小时,垂直于光传播方向的声压幅值与产成反比。此外,当激光入射角度发生变化,超声脉冲的幅值也随之发生变化,其幅值在激光束垂直入射的时候最大。     

同步双脉冲激光致声研究

利用高速摄像机拍摄了同步双脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡的运动过程。分析了该条件下产生的四种典型激光声信号特性,初步计算了光声能量转换效率。研究结果表明:通过调节脉冲激光的能量差,可以控制激光声信号峰值间隔,提高激光声信号脉宽;两空泡之间无量纲距离为1.5时,溃灭过程中出现融合现象,融合过程中空泡热力学能转化为机械能,融合后形成的单个空泡能量变大,其溃灭产生的激光声信号主频降低;同步双脉冲激光聚焦击穿情况下的光声能量转换效率为6%~10%。     

用激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术实现铝合金的高灵敏元素分析

报道了采用激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术分析铝合金中痕量元素时的分析行为。用低能量激光脉冲聚焦于样品表面并在放电电极之间产生等离子体来触发高压火花放电以改善火花诱导击穿光谱技术的分析行为。在当前空间几何配置下,研究得到了最佳的放电电压和储能电容等参数并在最佳实验条件下分析了样品中的铜元素,其检出限达到0.7 ppm。激光点火的辅助手段改善了火花诱导击穿光谱技术在元素分析时信号的稳定性、提高了分析精度。同时它还能够有效地降低放电电压,改善其空间分辨本领。研究表明激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术具有灵敏度高、稳定性好以及具有较好的空间分辨本领的特点,非常适合于各种合金中的痕量元素分析。     

甘油介质在同轴形成线中的击穿特性研究

针对甘油介质在形成线中的应用,总结了甘油作为储能介质已开展的相关研究工作,并在缩比的同轴电极试件中进行了电极表面、磁场、耐压极性、含气量等条件对甘油介质击穿特性影响的实验研究。搭建了基于晶闸管控制的空心脉冲变压器升压实验平台,设计了浸没于脉冲磁场中的同轴电极击穿试件,实验平台最大输出电压500 kV,上升时间26 s,最大磁场1 T,可通过控制晶闸管的先后触发使击穿过程发生于准稳衡磁场中,并制作了外形一致、表面不同的砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀和非金属电镀四种电极。实验结果表明:甘油的击穿是没有极性的;1 T量级磁场对甘油介质的击穿特性无影响;不同电极表面微观形貌差异较大,使甘油介质具有不同的击穿特性,说明甘油击穿在电极表面的过程具有较大影响;充分的排气能减少甘油中直径较大的气泡,减少概率性的低击穿场强,击穿后产生的大量微小气泡会整体降低甘油的击穿阈值,使甘油的平均击穿场强降低。     

火花放电辅助-激光诱导击穿光谱技术中的放电通道特性研究

以门控脉冲高压电源作为火花放电电源,研究了火花放电辅助-激光诱导击穿光谱中放电通道与火花放电相对于激光脉冲之间延时的关系.研究结果表明:在合理的剥离激光能量和电极空间布置下,调节该延时可以实现由"V"字形放电到平行放电的转变.在"V"字形放电时,火花放电会扩大烧蚀坑洞的直径、破坏横向空间分辨率;而在平行放电情况下,火花放电不会扩大烧蚀坑洞的直径,从而保证其横向空间分辨率仅由激光剥离来决定.在平行放电的条件下开展了铝合金中铬元素的火花放电辅助-激光诱导击穿光谱定量分析,其检出限达到了8.8ppm,比单纯的激光诱导击穿光谱技术的分析结果改善了8倍.在火花放电辅助-激光诱导击穿光谱技术中采用带外触发控制的火花放电模式,可以实现平行放电和高横向空间分辨的样品表面元素分析.     

天然玉石的再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱二维元素成像分析

为了分析和检测天然玉石表面元素分布情况,采用再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术对天然玉石表面进行二维元素成像分析.实验研究了正交双脉冲激光诱导击穿光谱条件下脉冲间隔和激光能量对原子辐射强度和信背比的影响.在优化的实验条件下,对天然玉石样品表面36mm×10mm范围内进行了二维扫描分析,获得了烧蚀坑洞直径约为30μm的玉石样品表面微量元素Fe的二维分布图.结果表明:再加热正交双脉冲技术能有效地检测天然玉石样品中的微量元素,并在相同的样品损伤条件下提高了检测灵敏度.该技术不仅可以实现玉石样品的表面元素分布分析,为玉石鉴定提供参考,还可以应用于其他固体样品二维元素分布扫描成像分析,具有较好的应用价值.     

脉冲激光光热失调技术

将脉冲激光作为加热光引入光热失调测量技术中,提出了脉冲激光光热失调测量技术,介绍了其基本原理,分析了脉冲激光光热失调测量技术用于测量光学薄膜微弱吸收的可行性.实验以532 nm的高反射光学薄膜为样品,采用波长为632.8 nm的探测光,研究了脉冲激光光热失调技术信号振幅的时间特性以及最大信号幅值与样品表面加热光能量密度、加热光斑与探测光斑相对位置的变化关系.研究结果表明,光热信号随时间先增大后减小,而随表面加热光能量密度的提高而增大,当样品表面加热和探测光斑重合时光热信号最大.     

微秒脉冲下极性效应对碳酸丙烯酯击穿场强的影响

通过对比碳酸丙烯酯在针板电极间距分别为0.5、1.0和2.0 mm下的击穿电压大小的实验,研究碳酸丙烯酯的极性效应.实验设备包含一个充电时间在5～20毫秒的电容储能型脉冲型脉冲功率源和一个内置针板电极的击穿试件. 每一组的击穿电压通过示波器显示记录. 三组不同间距下的击穿实验数据表明碳酸丙烯酯的正电极击穿场强高于负电极击穿场强,并且击穿场强随着电极间距的增大而增 大. 对碳酸丙烯酯针板电极的击穿进行了仿真模拟实验. 基于实验结果对碳酸丙烯酯的极性效应给出了相应的解释.     

激光聚焦位置对K9光学玻璃损伤的影响

 利用脉宽为10 ns、波长为1 064 nm的激光脉冲聚焦通过K9玻璃的方法,研究了玻璃的损伤形貌与高强度纳秒激光脉冲聚焦位置的关系。当激光脉冲聚焦在样品中心时,吸收能量随着入射能量的增加呈线性增长,玻璃的破坏范围不断扩大;当激光脉冲聚焦在样品表面时,吸收能量随着入射能量的增加呈先增长而后减小最终趋于平稳,玻璃表面的破坏范围也是先增大而后减小趋于平稳,这主要是由于空气被击穿而吸收大量能量引起的。     

单个飞秒激光作用下熔融石英的微爆阈值研究

对飞秒激光脉冲在透明介质中产生微爆的物理机制进行了研究,比较了长短激光脉冲的光击穿机制,基于Fokker-Planck方程建立了飞秒激光微爆模型,给出了飞秒激光脉冲在透明介质中产生微爆的阈值解析表达式.针对飞秒激光脉冲在熔石英介质中的微爆阈值进行了计算,得到的结果与实验结果基本相符.     

光击穿机制下的光声能量转换效率

建立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,计算出声信号能量。对不同激光能量、激光聚焦位置和水体盐度下的光声能量转换效率进行了理论和实验研究。研究结果表明:随着激光能量的提高,能量转换效率逐渐减小;激光垂直水面入射时,随着激光聚焦深度的增加,能量转换效率会出现一次阶跃式变大,随后逐渐降低;等离子体对激光能量的吸收越充分,能量转换效率越高;水体盐度的变化对能量转换效率影响很小。     

超短脉冲激光与微小水滴相互作用中电子密度和光场的时空分布

为了研究超短激光脉冲和液滴相互作用过程中电子密度和光场的变化,基于非线性麦克斯韦方程组和电离速率方程,构建了激光等离子体非线性瞬态时域耦合模型,对飞秒激光脉冲击穿微米量级水滴时的电子密度和光场的时空分布进行了计算.结果显示水滴的击穿阈值最小可达2 TW/cm~2,为同等条件下无边界水介质击穿阈值的1/4.随着脉冲能量增强,水滴内自由电子密度峰值区域逆着激光入射方向移动,且入射光越强,水滴对光传播的屏蔽越明显.光束在水滴出射端外部汇聚,汇聚点的光功率密度可达入射光的5倍,且时域波形出现压缩和变形.另外,水滴对激光能量的吸收系数随光强增大而增大,并最终趋于饱和.     

强脉冲CO_2激光对红外材料的破坏现象

实验表明强激光对红外材料的破坏分为两种类型:烧蚀和冲击破坏。在空气中,光功率密度低于大气的光学击穿阈值时,以烧蚀为主。超过击穿阈值时,冲击破坏是主要的。在我们的实验条件下,用强激光辐照红外脆性材料的靶,靶极易产生微裂纹或粉碎性破坏,其破坏效果与激光的脉冲能量、功率密度、脉冲宽度,以及着靶面积有关。为了直观,文中给出了不少辐照损伤的照片。