激光辐照下高反射镜热变形问题的尺度律

基于热力解耦的热弹性模型,采用常用假设,通过方程分析法,导出了激光辐照下高反射镜热变形问题的尺度律。同时,还发现了对同一模型,当其他条件不变时,变形、温升、应力与激光功率密度之间具有线性关系。数值结果证明了该问题尺度律的成立及线性关系的正确性。该结论是利用缩比模型研究大尺寸反射镜在激光辐照下的热变形问题的依据,且为解决缩比模型设计、辐照条件设计和模型实验数据反推到原型等相关问题提供了参考准则。     

自然对流情形下激光辐照液体贮箱的尺度律

根据质量守恒、动量守恒及能量守恒原理,建立了自然对流情形下激光辐照液体贮箱的理论模型。通过方程分析法,导出了该问题的尺度律,在此基础上给出了激光辐照液体贮箱的缩比方法,并对一组实例进行了数值计算,得到了缩比模型与原型结果完全相似的结论,模拟结果证明了该问题尺度律的成立。为验证理论模型与数值求解的正确性,本文还针对小尺度模型进行了实验研究,数值模拟结果与实验测量结果符合较好,表明理论模型可靠有效。     

不同材料参数薄板振动中的热力耦合效应

 利用有限Hankel变换法,导出了周界等温-弹性支撑圆薄板在激光束辐照下的轴对称耦合热弹性弯曲振动近似解;针对具有不同弹性模量和热膨胀系数的薄板进行了热力耦合和非耦合弯曲振动的解析和有限元计算与分析。结果表明：热力耦合效应使薄板振动的振幅和周期都有所减小,其程度与材料的性能参数（如弹性模量和热膨胀系数等）密切相关,材料弹性模量和热膨胀系数越大,板振动中的热力耦合效应就越明显。     

强激光辐照下预载柱壳热屈曲失效的数值分析

 采用有限元方法（ANSYS7.0）和简易的热力耦合本构关系,较系统地数值研究了预载柱壳受激光辐照时的热力响应和热屈曲失效行为,分析了几种壳体在不同预载条件下（轴压或内压）的屈曲模态和屈曲特征值,给出了屈曲模态和热屈曲失效与激光强度、辐照时间、预载条件和壳体几何尺度及形状间的定量或定性关系。计算结果表明：（1）屈曲失效行为主要集中在激光辐照区内且以径向屈曲为主。（2）在一定范围内,屈曲特征值与光斑中心点温度近似有线性关系。（3）激光辐照区内高温引起的材料软化和预载径向变形的耦合作用是柱壳发生热屈曲失效的根本原因,有效提高结构刚度,可使屈曲特征值提高。（4）壳体形状的改变对内压柱壳有更为明显的影响,其中圆柱形壳体屈曲特征值最大,因此具有较高的安全性。     

硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

 对硅p-n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p-n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系，计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。     

飞秒脉冲激光作用下金属薄膜的热弹性研究

利用双曲-双温两步热传导和热电子崩力模型,考虑到晶格温度与应变速率的耦合效应,得到了用于描述飞秒激光作用下金属薄膜热力效应的超快热弹性模型。以飞秒脉冲激光辐照金属铜薄膜为例,运用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,对不同能量密度和脉冲宽度条件下薄膜体内温度场和应力场的变化规律进行了数值模拟,对比分析了电子晶格耦合系数对超快加热过程的影响。结果表明,飞秒脉冲激光辐照早期为明显的非平衡加热过程,电子温度迅速升高,而晶格温度的升高却相对较慢;激光辐照早期的热力耦合效应导致薄膜前表面附近的热应力表现为压应力,随着时间的推移,热应力由压应力转变为张应力,为激光加工和激光对抗提供了理论参考。     

激光辐照下充压圆筒变形的相似律问题

 以充压圆筒在强激光辐照下的变形与破坏响应为研究目标，首先利用相似分析方法，主要采用了方程分析法和量纲分析法，确定了相似准则。然后利用ANSYS有限元程序，模拟了三组几何和物理相似的大小模型。通过对计算结果的分析表明，满足相似准则的大小模型，在相应的时间和空间，相对的物理参量是一致的。     

激光辐照下充压柱壳的破坏能量阈值数值模拟

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应,计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场,根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻,并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响,并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明:破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系,壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。     

圆锥形喷管的脉冲激光推进能量相似律数值模拟

 为了验证理论分析得到的圆锥形喷管在单脉冲条件下的激光推进能量相似律,用2维轴对称辐射流体动力学方法,计算得到了不同构形的推进性能参数,分析了锥角、长度、无量纲因子、入射激光能量对冲量、冲量耦合系数的影响。计算揭示的激光推进能量相似律合理,在理论模型可以描述的范围内,其定性规律与理论分析、实验结果之间相互印证。结果表明：当锥角固定时,冲量和冲量耦合系数随无量纲因子先增大后减小,极大值对应的无量纲因子仅与气体比热比相关;当无量纲因子固定时,冲量随入射激光能量增加而增大,冲量耦合系数受激光能量的影响很小,冲量和冲量耦合系数均随锥角增大而单调减小。     

激光辐照InSb(PV)型探测器的热损伤

 在建立高斯型连续激光辐照InSb(PV)型探测器物理模型的基础上，采用近似解析解的形式计算了圆柱形InSb靶板的2维温度场。通过数值分析得出了在激光辐照时，InSb(PV)型探测器的温升与时间的关系，并计算出相应的损伤阈值。研究表明：在强激光连续辐照下，半导体材料InSb会发生熔融损伤，且最早发生于迎光面的光斑中心，激光的功率密度越高，造成破坏所需要的时间越短；对于一定厚度胶层的InSb(PV)型探测器，只有强度大于一定阈值的连续激光辐照才可能发生熔融损伤，越薄的胶层对应的损伤阈值越大。为了增加InSb(PV)型探测器抗激光辐照能力，应该减小胶层厚度。采用该理论计算得到不同功率下的InSb熔融时间为1.57 s和4.54 s，与实验得到的2 s和 4~5 s基本吻合。     

聚焦光束大气传输光束扩展定标规律的数值分析

选取多种典型激光传输条件下的计算参量，对平台光束聚焦大气传输湍流热晕相互作用引起的光束扩展进行了数值分析.热畸变的产生是在快速变化的湍流扩束作用之后，在此假定的基础上，建立了描述聚焦光束大气传输光束扩展与大气传输特征物理参量的定标关系.在了解激光发射系统的特征参量和大气传输效应的特征参量之后，即可由定标关系迅速判断激光大气传输的效果，从而为激光工程系统的参量优化设计及其应用效能评估提供依据. 关键词： 湍流效应 热晕效应 光束扩展 定标规律     

激光与固体靶面烧蚀等离子体的能量耦合计算

 强激光辐照下固体靶表面迅速汽化产生靶蒸气等离子体,激光穿过等离子体区到达固体靶表面的过程就是激光束与等离子体的能量耦合与交换过程。采用具有五阶精度的WENO差分格式和简易等离子体状态方程模型对激光与等离子体相互作用的复杂物理过程进行了数值计算,分析了激光束能量在等离子体区中的吸收、屏蔽效应等动态耦合规律以及激光支持等离子体前驱冲击波传播。数值模拟结果表明：激光能量是支持靶面等离子体运动的唯一原因,能量屏蔽效应对激光与等离子体能量耦合有很大影响,通过控制激光脉冲宽度,可以合理调节屏蔽效应的影响。     

激光功率密度对Al膜靶后表面快电子发射的影响

 报道了在20 TW皮秒激光器上完成的p偏振激光与等离子体相互作用过程中产生的快电子的角分布和能谱测量结果。实验得到：当激光功率密度小于10¹⁷ W/cm²时,电子发射没有明显定向性,在激光入射面内多峰发射;当激光功率密度大于10¹⁷ W/cm2,小于10¹⁸ W/cm²时,电子主要沿靶面法线方向发射;当激光功率密度达到相对论强度时,电子主要沿激光传播方向发射;激光功率密度未达到相对论强度时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度符合共振吸收温度定标率;激光功率密度达相对论强度以上时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度高于已有的温度定标率。     

氟化氘激光大气传输的定标规律

 利用激光大气传输4维程序，结合均方和半径分析方法，对氟化氘（DF）激光大气传输的定标规律进行了数值分析。得到了焦平面处63.2%环围能量半径的光斑扩展规律以及在焦平面上不同环围能量半径内的平均功率密度定标关系式。此定标关系不仅适用于大菲涅耳数、弱传输效应条件下，同时也适用于小菲涅耳数、强传输效应条件下DF高能激光大气传输，从而能够对激光大气传输的效果做出快速地预测和有效地评估。     

强激光天体物理学研究

用激光等离子体相互作用对天体物理过程进行模拟研究已成为当前世界物理和天文学家深感兴趣的重要前沿领域.文章比较了强激光作用下产生的等离子体与天体物理条件下的等离子体之间在内部物理过程的相似性,论述了由前者模拟后者的物理依据,即相似性原则和定标规律.在此基础上,回顾和评述了当前已经在高离化态光谱学、类天体等离子体状态方程和辐射不透明度以及流体动力学不稳定性等方面开展的强激光天体物理学的研究,这些研究对于理解超新星、白矮星、中子星以及巨行星、褐矮星等领域的天体物理过程起到了极大的作用,并正在成为联系天体物理理论模拟和观测的中间桥梁.     

Scaling electron acceleration in the bubble regime for upcoming lasers

Electron acceleration in the laser-plasma bubble appeared to be the most successful regime of laser wake field acceleration in the last decade. The laser technology became mature enough to generate short and relativistically intense pulses required to reach the bubble regime naturally delivering quasi-monoenergetic bunches of relativistic electrons. The upcoming laser technology projects are promising short pulses with many times more energy than the existing ones. The natural question is how will the bubble regime scale with the available laser energy. We present here a parametric study of laser-plasma acceleration in the bubble regime using full three dimensional particle-in-cell simulations and compare numerical results with the analytical scalings from the relativistic laser-plasma similarity theory.     

强激光天体物理学研究——在强激光实验室中模拟某些天体物理过程(Ⅰ)

用激光等离子体相互作用对天体物理过程进行模拟研究已成为当前世界物理和天文学家深感兴趣的重要前沿领域 .文章比较了强激光作用下产生的等离子体与天体物理条件下的等离子体之间在内部物理过程的相似性 ,论述了由前者模拟后者的物理依据 ,即相似性原则和定标规律 .在此基础上 ,回顾和评述了当前已经在高离化态光谱学、类天体等离子体状态方程和辐射不透明度以及流体动力学不稳定性等方面开展的强激光天体物理学的研究 ,这些研究对于理解超新星、白矮星、中子星以及巨行星、褐矮星等领域的天体物理过程起到了极大的作用 ,并正在成为联系天体物理理论模拟和观测的中间桥梁     

Excitation of an upper hybrid wave by two intense laser beams and particle acceleration

This Letter presents an investigation of the excitation of an upper hybrid wave (UHW) by cross focusing of two intense laser beams in a collisionless hot magnetoplasma, when relativistic and ponderomotive nonlinearities are operative. The electric vectors of the two beams are polarized along uniform static magnetic field and the beams propagate perpendicular to the static magnetic field. Analytical expressions for the beam width of the laser beams, electric vector and power of the excited UHW and energy gain have been obtained. The UHW generation at the difference frequency and particle acceleration has also been studied. The nonlinear coupling between intense laser beams and UHW is so strong that UHW gets excited and a large fraction of the laser beam energy gets transferred to UHW and this UHW accelerates electrons. It has been shown that the presence of a magnetic field affects significantly the power of the UHW and energy gain by the electron in the presence of the UHW.