六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置

六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置,是中国科学院上海光学精密机械研究所为了研究高功率激光与等离子体的相互作用而研制的.从1974年开始,上海光机所在上海新沪玻璃厂和上海玻璃厂等有关单位的协同下,采用自行研制的材料、元件、器件和工艺技术研制而成的.这个装置的第一阶段目标是建立脉冲宽度为毫微秒、输出功率为2.5×10~(10)瓦/束的六路激光装置,1977年进行了一些尝试性的打靶实验,取得了一定的结果.其后,为了提高和完善装置的性能,改建成亚毫微秒脉     

脉冲激光对薄靶产生的“反冲塞”效应

<正> 我们报道了实验中发现的有关长脉冲激光引起靶材破坏的新模式——“反冲塞”效应。这和迄今人们熟悉的激光引起层裂、热烧蚀、熔化、气化及等离子体吸收等现象的破坏机理不同。实验中我们采用自行研制的多功能高功率钕玻璃多棋激光器,激光参数是:波长1.06μm,脉宽300μs,平均功率由度10~5—10~0W/cm~2,光束直径4—10mm。靶材分别选用50μm、厚的Ly-12铝片和90μm厚的H65黄铜片。用CCD和能量计分别测得激光时空波形。时间波形近似指数衰减,而空间分布近似为双高斯。由于功率密度较低,在作用时间内靶面未出现明显熔化与气化。但被辐照部分的靶材      

脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究

纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到30 ns,空间分辨率达到1 mm;搭建快速PIV实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到500 ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50μs后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.     

脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究

纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到 30ns,空间分辨率达到 1mm;搭建快速~PIV 实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到 500ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50$\mu$s 后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.      

激光超声非接触式接收装置的研制

本文自行研制了一套用于非接触式接收激光超声信号的实验装置,其中着重讨论了该装置工作点的稳定控制.     

脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.     

激光和等离子体的相互作用

一、引言激光和等离子体的相互作用,在激光核聚变和激光反导的研究课题中,都占有十分重要的位置。激光问世不久,1961年3月在苏联科学院主席团报告中提出“激光对体积不大的稠密等离子体加热到高温的可能性”。1962年发表“激光和等离子体相互作用”的研究报告[1]。1971年O.N.Krokhin作了“激      

强激光水下爆炸推进的物理机制

对激光水下聚焦爆炸推进的作用机理开展了实验测量和数值模拟研究. 实验观察到激光水下聚焦爆炸推进分为两个物理过程: (1) 强激光与铝膜相互作用诱导等离子体演化, 产生短脉冲、高幅值的等离子体压力, 并对航行体做功; (2) 激光爆炸产物气泡脉动, 对航行体继续提供推力. 另外, 实验还对不同介质中的激光推进效率以及气泡与约束壁面/自由水面相互作用的物理机制进行了研究. 发现在高阻抗环境介质、气泡受约束脉动以及近自由水面条件下, 激光爆炸推进的效率更高. 在实验的基础上, 建立了激光水下聚焦爆炸推进的物理模型, 发展了相应的耦合数值计算方法. 计算得到的气泡脉动规律及航行体运动规律与实验测量结果一致, 验证了计算的模型和方法, 为强激光水下聚焦爆炸推进机理的研究提供了一种有效的方法.      

用序列脉冲激光等离子体示踪方法测量非定常流的速度——时间变化

本文在 Chen 和 G.Klingenberg 提出的激光电离原理的基础上,发展了一种用序列脉冲激光形成一组等离子体示踪测量气流速度—时间曲线的新方法。在已完成的测量中,速度范围可达120m/s～2300m/s,相对误差为2.3%.本文对等离子体示踪特性进行了详细讨论.这种方法特别适合于高超音速非定常流场,已研制成完整的测量系统 LVG-1。     

"孤立子"激光器

近廾年来,超短脉冲(USPS)是物理学领域的一项重要课题,最近已能产生短至12fs(=12×10~(-15)秒)的激光脉冲.产生短脉冲的第一步技术被称为"Q-开关"技术,它能获得10-15毫微秒范围的脉冲,其第二步是"锁 ...     

"孤立子"激光器

近廾年来,超短脉冲(USPS)是物理学领域的一项重要课题,最近已能产生短至12fs(=12×10~(-15)秒)的激光脉冲.产生短脉冲的第一步技术被称为“Q-开关”技术,它能获得10—15毫微秒范围的脉冲,其第二步是“锁     

添加聚合物对混合层流场特性影响的实验研究

叙述了适用于粘弹性流体混合层流场的实验装置的设计和研制．采用二维激光多普勒系统对混合层流场进行了测量，得到了平均速度剖面、动量厚度、湍流脉动强度、雷诺应力等一些流场的基本特征量．结果表明，混合层中加入聚合物后流场将有较大的变化，同时也说明本文所研制的实验装置满足实验的要求．     

以激光辐射连续维持的等离子体和光等离子体器

苏联科学院力学问题研究所气动过程物理学研究室,非常注意基于连续激光辐射的光等离子体发生器即光等离子体器的工作。所指的过程和装置是:由于光束(激光)输入能量使得在一个大气压左右能够长时      

模拟盾构掘进过程中的刀盘受力研究

为了探索盾构掘进机刀盘的掘进机理和刀具受力特点,依据实际土压平衡盾构机的基本结构,按比例缩小设计了模拟盾构刀盘掘进实验装置,并在不变刀具外形的前提下,研制了刀具与传感一体化的刀具传感器.该装置既可测量刀盘轴向推力、扭矩也可测量刀具切削阻力.实验证明了所研制的刀具传感器的有效性,具有挖掘和监测挖掘时的切削阻力双重功能,且解决了切刀中多个力耦合问题,能够分别测量切刀的切削力和轴向阻力.实验结果显示刀具的切削阻力和轴向阻力随所在位置半径增大而增大,且两者基本成线性关系.     

六相交流放电再入飞行器热环境地面模拟研究

再入飞行器高速飞行过程中,其表面受到强烈的气动加热作用,所产生的复杂高温气体环境会破坏飞行器材料,影响飞行器结构的可靠性.因此,基于地面装置实现高速飞行器再入过程中表面热环境的模拟,对于再入飞行器的热防护测试具有十分重要的意义.文章基于数值模拟,分析了工作气压的变化对等离子体中非平衡能量输运过程以及等离子体气体温度等参数的影响规律,提出了通过改变工作气压来调节等离子体冲击壁面的热流密度的方法.基于此,首先以表面热流密度和加热时间与真实飞行条件下一致为原则,基于六相交流电弧放电等离子体实验平台,产生了大体积、高气体温度,且壁面热流密度可调的等离子体电弧射流.然后,对采用酚醛浸渍基碳热防护材料的烧蚀体进行了地面烧蚀实验,在壁面热流密度为1.07～3.95 MW/m2范围内获得了与文献报道吻合较好的实验结果,初步验证了该方法的可行性.对高速再入飞行器典型部件进行了烧蚀实验,在壁面最高热流密度为5 MW/m2的实验条件下,获得了与空间飞行实验吻合良好的地面模拟实验结果.这表明在不采用高成本风洞的前提下,本论文所提出的地面模拟实验方法可在一定程度上模拟飞行器再入过程中的表面热环境.     

电热炮原理性实验研究

本文介绍了电热炮的基本原理、实验装置结构、等离子体发生器和发射实验结果。实验结果表明,电热炮原理实验的装置是成功的,已将19.3g复合弹丸加速到1.85km/s,穿透30mm厚的钢板。     

摄谱仪的外围装置

力学研究所高温空气动力学与低温等离子体技术实验室,研制了一套摄谱仪外围装置,主要用于低温等离子体温度、密度及温度场、密度场测试,也可用于元素数量不多     

激光激发和接收固体中声脉冲方法

本文介绍了一种全光学的检测超声脉冲技术和装置。是用脉冲激光在固体中产生声(?)并以探测束偏转(刀刃技术)的原理为基础。文章给出了有关的性能(灵敏度,最佳实验条件,系统带宽,最小可检测表面梯度等)及其测量方法,实验证明该装置的带宽大于10MHz,最小可检测表面偏转角的实验值为8.5μrad。     

等离子体射流中局部热流密度与局部离子饱和电流密度的测量

我们测量了受等离子体射流绕流的圆柱形探针上的局部热流密度与局部离子饱和电流密度.实验装置如图1所示.等离子体射流发生器采用了切向进气和阳极喷口长径比比较大(30/8毫米)的设计,工作稳定,出口参数轴对     

托卡马克中凯尔文-亥姆霍尔茨不稳定性与密度分布及速度分布的关系

近年来,在托卡马克装置实验中观察到等离子体环的密度及环向速度沿半径都有变化。当反平行中性束注入时,密度分布对应空洞型温度(即中心温度低而外侧高),等离子体的稳定性变坏。本文对密变分布和速度分布对等离子体环的凯尔文-亥姆霍尔茨稳定性的影响分别进行了研究,得出,在托卡马克实验参数范围内,密度沿半径的分布会使凯尔文-亥姆霍尔茨稳定性变坏,从而为反平行注入对等离子体约束有明显破坏提供了一种可能的解释。