"三明治"靶型在间接驱动冲击波实验中的应用

间接驱动方式具有提供更高冲击波压力的潜力,对冲击波物理研究来说是一种很好的驱动方式.针对间接驱动下X射线离化对透明窗口造成的致盲问题,提出了新的"三明治"靶型结构,以完成间接驱动下冲击波实验.该靶型可以用两种方法避免致盲效应对实验的干扰.一种方法是从时间上避开致盲效应,使致盲效应与冲击波测量区错开,从而获得冲击波数据.另一种方法是从强度上屏蔽X射线,将X射线阻挡在透明材料之前,使其不能产生致盲效应.对单冲击实验而言,用增加烧蚀层厚度的方法,将X射线离化效应与冲击波信号从时间上错开,获得了蓝宝石和石英晶体中冲击波实验的结果.用增加阻挡层的方法,获得了间接驱动条件下石英晶体和聚苯乙烯材料中的冲击波实验结果.提出的"三明治"靶型,为间接驱动条件下状态方程和冲击波调速技术提供了技术支持. 关键词： 冲击波 光学诊断 离化效应 干涉仪     

预热效应影响下冲击波速度推算方法

介绍了超高压条件下应用于透明材料中冲击波速度直接测量的成像型速度干涉仪技术。利用成像型速度干涉仪技术研究了间接驱动实验中产生的预热效应对冲击波速度计算的影响。对预热效应出现的时间点进行了分析,发现在辐射温度高于160 eV以后,不能从现有速度干涉仪系统获得的实验结果直接反演出冲击波速度。对实验数据进行了处理,获得了预热出现时间点的实验数据,发现预热效应出现在方波激光脉冲平台期到达时刻,在激光最强处达到最大,而且在激光脉冲平台期结束后,预热效应可以逐渐恢复。实验发现,对辐射温度高于160 eV获得的实验结果,可以从条纹断点直接外推,得到冲击波减速数据。讨论了条纹外推方法处理间接驱动条件下方波打靶时,使用固体无机透明材料作为窗口获得的实验结果。     

激光驱动高压下材料状态方程实验研究进展

利用激光驱动冲击波进行材料状态方程实验研究已逐渐成为实验室获得材料TPa以上高压状态方程数据的重要途径.文章简述了激光状态方程实验研究方面的进展,重点介绍了激光驱动冲击波的基本特性,激光状态方程实验测量方法,激光驱动冲击波平面性、稳定性及干净性研究,以及激光状态方程实验研究等方面的成果.     

利用激光直接驱动冲击波进行压强高为1．6TPa铜的雨贡纽数据测量

2003年度在“神光”Ⅱ上进行了两轮倍频激光直接驱动状态方程实验，取得了较大进展，获得了不错的结果。首次完成了倍频(2w)激光束均匀化系统的设计和研制，在实验中得到应用，结果表明，该系统在测试要求下，基本能满足激光状态方程实验的要求，但在高精度测量测试条件下，尚难获得高质量的平面冲击波，需对列阵透镜束匀滑系统作进一步的优化设计研究，以满足更高精度状态方程实验测量的要求。在倍频激光直接驱动状态方程实验中，利用现有的条纹相机进行了高时间分辨的冲击波信号记录，     

强激光间接驱动材料动态破碎过程的实验技术研究

强激光驱动加载已成为冲击波作用下材料动态破碎过程研究的一种有效手段.采用间接驱动方式,设计合适的腔型进行物理实验研究,可实现更大且更均匀的冲击加载一维区.采用数值模拟和物理实验方法,研究强激光间接驱动材料动态破碎过程的实验技术.首先,利用IRAD程序设计适用于开展动态破碎过程研究的半柱腔,其直径为2 mm、腔长为2 mm;进而通过物理实验获得此腔型下多个激光能量点、脉宽2 ns和3 ns条件下辐射峰值温度和波形;最后,利用流体模拟方法给出多种辐射波形下的冲击加载波形.利用高能X射线成像和光子多普勒干涉仪诊断给出间接驱动加载下层裂过程的物理图像和速度历史.经分析发现,间接驱动的加载一维区达到2 mm,平面性优于5%,能有效地开展相关物理实验研究.研究结果为新型柱腔设计、冲击加载技术及动态破碎过程研究提供了重要的研究基础.     

“神光-Ⅱ”装置倍频激光直接驱动冲击波平面性的实验研究

 设计了3套针对“神光-Ⅱ”倍频激光直接驱动的透镜阵列均匀辐照系统，并对冲击波的平面性进行了实验研究。结果表明，冲击波的平面性与透镜阵列参数、平面靶厚度、靶面位置等有关，采用列阵元数为121的透镜阵列进行激光束匀滑驱动的冲击波平面性最好，间接说明它在靶面的激光辐照是最均匀的；另外，随着靶厚的增加，冲击波平面性变差，平面区变小；而且冲击波平面性随靶面离焦位置的变化成一定的周期性变化，第2套透镜阵列焦点处的冲击波平面性最好。     

辐射驱动实验中预热对冲击波速度诊断的影响

使用主动式任意反射面速度干涉仪进行了平面靶预热膨胀量的观测,并对间接驱动下不同能量和靶型的预热膨胀量进行了计算。实验发现,在5kJ单端驱动的激光能量作用下,平面样品后界面的膨胀量可达2.1μm左右。优化靶设计后,在冲击波速度测量实验中使用双端驱动方式,通过测量膨胀量修正台阶厚度,可以获得更加精确的动态台阶厚度值。结合精确获得的冲击波传输时间,在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度值。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。     

神光Ⅱ上柱形黑腔辐射驱动冲击波

利用神光Ⅱ的八路三倍频激光装置，驱动柱形黑腔产生的x 射线作辐射源驱动台阶铝样品产生冲击波，获得了清晰的冲击波图像，通过冲击波过台阶样 品的时间差获得冲击波速度和压力分别为31.2km/s和17.5×10⁵MPa.采用软x射线能谱 仪通过激光注入孔测量的辐射温度与采用冲击波法测量辐射温度的结果一致. 关键词： 冲击波 辐射驱动 辐射温度     

基于神光III原型的整形激光直接驱动准等熵压缩实验研究

整形激光直接驱动准等熵压缩实验技术对新材料科学、冲击波物理、地球物理学研究等领域有重要意义. 设计特定的实验条件, 可以将材料压缩到冲击压缩和等熵压缩都无法达到的状态, 从而为材料研究提供新的技术途径. 介绍了在神光III原型装置上开展的直接驱动准等熵压缩实验, 对理论基础、实验靶型、实验结果、关键技术、实验特点和数据都进行了较详细的分析. 通过实验和相应的数据处理程序, 获得了加载面上压力超过400 GPa的数据, 这是目前国际上用激光直接驱动的方式获得的Al材料中最高的压力. 同时, 对经过LiF窗口获得的表观粒子速度与真实粒子速度的关系进行了分析, 获得了一条对表观粒子速度进行动态修正的曲线, 从而使粒子速度的计算更加准确. 对实验的改进方向进行了比较明确的分析. 所提供的数据和分析过程对该领域的研究人员有一定的参考价值.     

超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

The characteristics of laser‐driven shock wave investigated by time‐resolved Raman spectroscopy

An accurate and simple method, Raman peak‐shift simulation, is proposed to determine the characteristics of a laser‐driven shock wave. Using the principle of the Raman peaks shifting at high pressure and the pressure distribution in the gauge layer, the profile of the Raman peak can be numerically simulated. Combined with time‐resolved Raman spectroscopy, some main characteristics of the shock wave were determined. In the experiment, polycrystalline anthracene was used as the pressure gauge. The pump–probe technique was used to obtain the time‐resolved Raman spectra of anthracene under shock loading. The velocity of the shock wave, the peak pressure and the rise time of the shock front were determined by simulating the experimental spectra numerically. The result shows that the method of Raman peak‐shift simulation is effective in obtaining the characteristics of a laser‐driven shock wave. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

 针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点，建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×10⁸ W/cm²的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm，蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大，温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出，在靶面附近区域，Ge的1阶电离始终占优势；在中心区域，脉冲作用时间内，Ge的2阶电离率比1阶电离率大，脉冲结束后，Ge的2阶电离率下降，1阶电离率逐渐变大。     

Al和C8H8的激光烧蚀深度测量

 叙述了采用时间积分的晶体谱仪探测不同发次衬底元素离子谱线强度的相对变化外推激光烧蚀深度的方法，获取了Al和C₈H₈的激光烧蚀深度，进而推出了Al和C₈H₈的质量烧蚀速率和烧蚀压。对实验结果进行了分析和讨论。     

Laser driven shock wave studies in gold coated Plexiglas targets

Abstract

Laser-driven shock wave propagation in a transparent material such as Plexiglas coated with a thin overlayer of gold is studied using the technique of high speed optical shadowgraphy. A Nd: glass laser was focussed to produce intensities in the range of 10′²-10′⁴W/cm² on the target, within an irradiation spot diameter of 160 pm, optical shadowgrams were recorded bya second harmonic (0.53 pm wavelength) pulse. Shock pressures and scaling of pressure with laser intensity was studied. Shock pressures in gold-coated Plexiglas target was observed to be considerably higher compared to those in uncoated targets. This enhancement of shock pressure has been explained on the basis of contribution of an X-ray driven ablative heat wave in the gold plasma. Shock pressure values show a close agreement with those obtained from a one-dimensional Langrangian hydrodynamic simulation. Shadowgrams of shock fronts produced by non-uniform spatial laser beam irradiation profiles have shown complete smoothing when a gold layer is used on a Plexiglas target.     

激光驱动冲击波的增长与衰减的一维特征线解法

 本文提出一种计算激光产生冲击波的增长与衰减规律的简单方法。用该方法计算了梯形激光脉冲和高斯型脉冲在铝靶中产生冲击波的增长与衰减的情况，并与其他作者所给的结果进行了比较。     

Spatial and temporal study of shock waves generated by laser ablation for Ti target

ＳｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｓｔｕｄｙｏｆｓｈｏｃｋｗａｖｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎｆｏｒＴｉｔａｒｇｅｔＷＵＪｉａｄａ；ＷＵＬｉｎｇｈｕｉ；ＷＵＣｈａｎｇｚｈｅｎｇ；ＬＩＦｕｍｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＪｏｉｎｔＬａ...     

高功率激光聚焦均匀照明靶面的验证

由正六边形的球面透镜列阵和一个非球面的主聚焦透镜组成的聚焦系统,用于改善高功率激光(10~(12)W)聚焦照明靶面的均匀性,得到实验上的证明.文中报道了采用这个聚焦系统进行的激光驱动高压冲击波实验,显示出了均匀照明对改善激光冲击波平面性的良好的效果.     

Features of the generation of a collisionless electrostatic shock wave in a laser-ablation plasma

The appearance of a density bump is experimentally revealed in an electrostatic shock wave during the ablation of an aluminum foil by a femtosecond laser pulse. The numerical simulation shows that this phenomenon can be explained by the generation of a packet of ion acoustic waves under the action of high-energy electron flows in a collisionless plasma. It is found that, for the formation and maintenance of the dense plasma layer in the shock wave, the contributions of accelerated ions overtaking it and wave-captured ions of the background plasma formed by a nanosecond laser prepulse in the process of ablation are significant.