强激光使铝靶层裂的模拟实验研究

 激光引起的冲击波可能使得靶材料层裂断裂，这个现象取决于光束的功率密度、脉冲持续时间、靶的厚度和靶材料的性能参数。用气炮驱动的平板撞击实验和概念模拟分析了极短持续时间的三角形压缩应力击波在LY-12铝靶中的传播衰减和层裂强度的时间相关性，根据气炮模拟实验结果，估计了厚度小于2 mm的LY-12铝靶产生层裂所需的激光功率密度和能量密度的阈值条件。     

抽运光参数对受激布里渊散射的影响

受激布里渊散射（SBS）系统中,具有一定带宽的抽运激光中会含有一定比例的Stokes散射光成分，此Stokes散射光成分经SBS介质后表面反射后，将形成种子光与抽运光联合入射，构成自种子光式SBS放大器.通过数值求解此SBS放大器型耦合波方程组，探讨了抽运光脉冲中所含Stokes散射光成分的比例、抽运激光波长、抽运光能量大小、入射的聚焦高斯光脉冲脉宽、相互作用时间等激光参数对SBS特征参数（Stokes散射光脉冲波形、材料内部最大应力的时间演化及空间分布、脉宽压缩效果、能量提取效率及Stokes散射光的共轭保真度）的影响.同时发现，SBS过程中产生的超声应力不仅会对SBS介质前表面造成破坏，还可能对焦点附近造成破坏；调整各激光参数还会使焦点附近优于前表面先破坏.数值模拟中采用的抽运光是聚焦高斯光束. 关键词： 受激布里渊散射 斯托克斯散射光 冲击应力 能量反射率     

超短激光诱导金属薄膜后向层裂的分子动力学模拟(英文)

采用结合双温模型的分子动力学方法详尽描述了应力约束区域内部金属薄膜后向层裂的动力学过程。与辐照表面在激光加热作用下机械稳定性受到强烈影响而发生的前向喷射不同,后向层裂是冷材料的断裂。分析了层裂机制,得出靶材是在卸载波及被反射的压力波的共同作用下发生层裂;探讨了激光诱导压力波的传播规律,预测了不同靶厚下的层裂厚度及其对层裂开始时间的影响。     

超短激光诱导金属薄膜后向层裂的分子动力学模拟

 采用结合双温模型的分子动力学方法详尽描述了应力约束区域内部金属薄膜后向层裂的动力学过程。与辐照表面在激光加热作用下机械稳定性受到强烈影响而发生的前向喷射不同，后向层裂是冷材料的断裂。分析了层裂机制，得出靶材是在卸载波及被反射的压力波的共同作用下发生层裂;探讨了激光诱导压力波的传播规律，预测了不同靶厚下的层裂厚度及其对层裂开始时间的影响。     

球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料 破碎的数值模拟分析

选取合适的材料状态方程和强度模型,通过数值模拟分析超高速撞击下弹丸材料的破碎行为。弹丸的破碎主要有两种:稀疏波引起的层裂和材料在高压作用下的碎裂。由于层裂影响和高压影响下弹丸的破碎方式不同,导致两种情况下材料产生的碎片形状和大小不同。分析球形弹丸在撞击靶板过程中压力脉冲的传播及衰减形式发现:在弹丸和靶板尺寸相同的情况下,弹丸中压力脉冲的脉宽基本保持不变,而峰值压力随着撞击速度的增加而增加;在撞击速度相同的情况下,弹丸中压力脉冲的峰值压力基本不变,而压力脉冲的脉宽随着靶板厚度的增加而增加。弹丸中传播的压力脉冲与后期弹丸背表面的层裂相关,其峰值及变化速率直接影响背表面层裂厚度,其脉宽直接影响背表面沿弹丸径向的层裂深度。得到层裂厚度以及层裂破碎方式的影响区域,对研究后期碎片云分布有重要参考价值。     

激光在铝靶中形成应力波的传播

采用两种尺寸全电极式的x切割石英压力计,测量了自由入射面加K_8玻璃窗口两种状态下不同厚度(0.5～4.0mm)铝靶背面的应力应变过程。入射激光波长1.06μm、脉宽20 ns、平均功率密度10~7～10~8W/cm~2、会聚光斑直径8mm。结果表明:激光脉宽不变时,能量密度I愈大,应力波峰压σ_(max)愈高,σ_(max)∝I~2;当I=3～7J/cm~2时,应力波峰值压力与传播距离x的定标关系为:σ_(max)∝x~(-(1.02～1.29));测得应力波形状与解析计算相吻合,证实了在上述光强范围内激光在铝靶中产生应力波的热弹性机制。     

1．053μm激光在腔靶中产生的非线性过程

波长１．０５３μｍ、脉宽约１ｎｓ、能量３００～６００Ｊ激光在亚毫米的腔靶中可以产生十分丰富的非线性过程。我们直接测量了受激Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射、受激Ｒａｍａｎ散射：通过谐波间接测量了共振吸收、离子声衰变和双等离子体衰变。其中受激Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射和受激Ｒａｍａｎ散射是腔靶中的主要非线性过程，它散射掉约４０％的入射光能量。激光激发的电子等离子体波是产生超热电子的根源，产生电子等离子体波的非线性过程是受激Ｒａｍａｎ散射、双等离子体衰变、共振吸收和离子声衰变。其中受激Ｒａｍａｎ散射是激发电子等离子体波的主要过程，它产生约占入射激光能量１０％的超热电子。各非线性过程发射的光谱与激光参数和等离子体状态有密切关系，仔细测量和研究这些谱的特性可以获得等离子体温度、密度的信息。     

腔靶转换区辐射温度测量及定标关系

对近年来的激光腔靶实验的辐射温度作了综合分析和研究。对多种不同类型的柱型腔靶,在波长1.06μm的各种激光条件(不同的能量和脉宽)下,测量了腔靶转换区的辐射温度,并研究了辐射温度作为入腔激光能量、脉宽及腔靶转换区内表面积函数的定标关系。     

脉冲激光作用下铝靶的层裂

 本文报导波长为1.06 μm脉宽（FWHM）约4 ns的强脉冲激光辐照下，铝靶发生层裂的实验结果。当入射功率密度在2.0×10¹¹~5×10¹¹ W/cm²范围的激光束作用下，厚度为0.1 mm、0.2 mm的靶在超临界条件下发生层裂，层裂厚度分别在(17±6) μm及(35±5) μm范围。文中使用一种简化模型对阈值条件下不同厚度的靶发生层裂时的层裂片厚度作了近似估算，并与已有的实验结果较好地符合。     

后向受激布里渊散射诱导的光学材料破坏机理研究

 区别于传统的受激布里渊散射(SBS)发生器和放大器，提出了一种新型的SBS模型：自供种子光模型 (self Stokes seeding，SSS)。数值求解了SBS耦合波方程组，得到了SBS诱导应力的时空分布。基于SSS建立了高功率激光辐照下光学材料破坏阈值的计算模型，研究了SBS破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度的关系。研究发现，SBS作为一种破坏机制，表现为前表面破坏，且破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度均成反比。     

具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲

从麦克斯韦方程组出发 ,推导出了具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输的方程和非线性光纤的折射率。给出了描述具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输方程的解。研究了在非线性光纤中自相位调制导致具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲频谱展宽 (脉宽压缩 )的详细物理过程。研究了非线性光纤中飞秒光孤子产生的条件     

约束层对激光驱动冲击波压力影响机理的理论研究

针对刚性约束层、柔性约束层以及液体约束层，从激光诱导冲击波阵面状态、汽化物(包括气体和等离子体)扩散以及冲击波的反射进行分析，发现对于脉宽小于冲击波通过汽化物层的时间间隔的短脉冲激光，约束层并不能直接提高冲击波的冲量，而对于脉宽大于冲击波通过汽化层时间间隔的激光，其增强冲击效果是通过约束汽化物的扩散，提高压力幅值和由于冲击波在约束层与工件表面的多次反射而延长对工件的作用时间来实现的.刚性约束层能最大地增加冲击冲量，而柔性约束层和液体约束层的主要优点是其形状可与非平面形工件表面符合. 关键词： 激光 约束层 扩散 反射波     

脉冲激光产生层裂的一维和二维数值计算

 通过简化的物理分析，将脉冲激光加载简化为一定的力学边界条件，考虑了材料内部的损伤演化，采用含损伤的热粘塑性本构模型模拟了铝合金材料的层裂。由于脉冲激光产生的压力脉冲较短，随后的卸载波将使得靶中传播的冲击波压力幅值下降。一维和二维计算得到的层裂片厚度与已有的实验数据符合很好。通过计算，得到了脉冲激光发生层裂时的应变率。     

短脉冲载荷下金属材料的层裂破坏

 本文用点炮加载聚酯薄膜飞片撞击金属靶材料，飞片速度0.714~2.24 km/s，脉冲宽度40~80 ns，击靶压力为2.280~11.952 GPa。在回收的铝、铜和钢靶样品上观察到层裂现象。通过金相分析发现它们的破坏方式与在一般较长脉冲加载下的破坏方式相似，铝和铜以延性方式破坏；钢则以脆性方式破坏。一维和二维数值模拟结果表明通常的几种层裂判据在这个应力、应变和应变率范围内也基本上适用。     

Microscopic spallation mechanisms induced by a pulse laser at the solid-state interface

This paper presents a study of the transient behavior of structural dynamics and the associated innovatory microscopic spallation mechanism at the solid-state interface, induced by an incident femtosecond pulse laser. By detailed structural dynamic analysis, using the technique of molecular dynamics simulation, the spallation mechanism at the solid–solid interface is observed. The occurrence of structural spallation is mainly characterized by extraordinary expansion dynamics and tensile stress that induces interior structural void defect coalescence, eventually leading to cracking. The microscopic phenomenon of moderate ductile fracturing at the solid–solid interface is identified. A high strain rate in the order of 10⁹ s^-1 is observed. Both aforementioned phenomena are analogous to the experimental results of metal-film spallation excited by a pulse laser. Moreover, it is also shown that the critical value of the stain rate is one of the dominant factors that influences the occurrence and mechanism of structural spallation. The results of simulations reveal that the thin-film structure is safe if the strain rate is below certain critical values. The critical damage threshold is evaluated and technical suggestions to avoid interfacial fracture are also presented. PACS 02.70.Ns; 42.62.-b; 64.60.Ht; 61.72.Cc; 64.60.-i     

Spallative ablation of dielectrics by X-ray laser

A short laser pulse in wide range of wavelengths, from infrared to X-ray, disturbs electron–ion equilibrium and increases pressure in a heated layer. The case where the pulse duration τ _L is shorter than acoustic relaxation time t _s is considered in the paper. It is shown that this short pulse may cause thermomechanical phenomena such as spallative ablation regardless of wavelength. While the physics of electron–ion relaxation strongly depends on wavelength and various electron spectra of substances: there are spectra with an energy gap in semiconductors and dielectrics opposed to gapless continuous spectra in metals. The paper describes entire sequence of thermomechanical processes from expansion, nucleation, foaming, and nanostructuring to spallation with particular attention to spallation by X-ray pulse.     

激光引致激波演化数值研究

在高重复频率激光推进的研究中,激波的合并是发生在激波演化后期的,同时由于脉冲间隔短,脉冲宽度对流场演化的影响也需要详细研究。考虑了激光辐照过程对流场演化的影响,通过数值计算对激波演化特性进行了研究。结果表明,初期波阵面的椭球形状逐渐转化为一个球形,球心与击穿点的距离随时间逐渐减小并最终趋于稳定。基于激波合并的应用,当激波马赫数在1~2之间时,给出了激波波阵面半径随时间的变化规律,以及激波高压区长度和波峰压强随激波波阵面半径变化规律的经验公式。