纳秒激光诱导损伤熔石英玻璃的动力学过程

采用超快时间分辨阴影成像技术研究了纳秒激光诱导损伤熔石英玻璃前后表面和体内的动力学过程,对比分析了前后表面和体内的损伤差异及损伤机制。在前表面,观察了空气和材料中的等离子体和冲击波的产生与发展过程;亚纳秒激光辐照下,前表面材料内观察到三个应力波,并观察到材料体内的损伤过程。在后表面,除观察到冲击波的产生与发展过程,还观察到表面物质的烧蚀去除与喷发过程。在材料内部,损伤由自聚焦和点缺陷吸收两种机制主导,而且点缺陷吸收诱导材料体内损伤有时间先后顺序。     

卤化银材料光作用过程的时间分辨谱测量

卤化银材料是重要的光信息材料，对于信息科学与技术的发展具有非常重要的作用。光作用过程的时间特性在很大程度上决定了卤化银材料性能的优劣。本文采用微波吸收技术来测量卤化银材料光作用过程的时间特性。卤化银材料样品被放入微波谐振腔中，在准分子激光的作用下，卤化银材料中生成了光生载流子，光生载流子的产生改变了卤化银材料的介电函数。因此，介电函数的变化体现光生载流子时间特性的信息，同时，介电函数的变化引起微波谐振腔品质因数的改变，品质因数的改变使腔输出了一个反射波，反射波包含卤化银材料光作用时间特性的信息，通过测量反射波、我们能获得卤化银材材料光作用过程的时间分辨谱并研究光作用过程的时间特性。本文获得了卤化银材料光作用过程的时间分辨谱，并对黑白、彩色和X－光片的光作用时间特性进行了分析。     

激光冲击强化“残余应力洞”的形成机制

利用ABAQUS有限元软件进行了单个圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,分析材料表面光斑中心区域形成的"残余应力洞"现象,并通过分析材料的动态力学响应特征揭示了"残余应力洞"的形成机制。结果表明:在冲击波加载时,光斑边界处会产生很强的剪切应力,形成向四周传播的表面稀疏波和向材料内部传播的剪切波。当稀疏波同时传播到光斑中心,发生相遇、汇聚,使材料产生急剧的上下位移过程,造成冲击波加载塑性变形后的二次塑性变形。二次塑性变形中形成了较大的剪切塑性应变,并降低了冲击波加载阶段产生的轴向和径向塑性应变,使残余压应力降低,从而形成"残余应力洞"。     

激光冲击陶瓷中反射拉伸波破坏的预防

激光冲击过程中,反射拉伸波一直都是造成材料失效的主要破坏模式。为了进一步分析陶瓷材料的冲击性能,控制拉伸波对材料造成的破坏,从而最终达到改善其脆性的目的,使用高功率钕玻璃脉冲激光器对Al2O3陶瓷进行了冲击试验。通过在Al2O3试样背表面粘贴胶带,发现陶瓷表现出与无粘贴状态下完全不同的破裂模式。使用扫描电子显微技术观察其断口形貌并结合理论分析,发现粘贴胶带以后,对背表面的反射拉伸波能量有相当程度的衰减,大幅减少了拉应力的作用。通过计算表明,这种背面粘贴的胶带可降低冲击波能量到反射前的40％左右,这样就可以通过降低反射波能量来大幅减少拉伸波造成的灾难性脆断。     

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     

磁驱动飞片加载下纯铁的冲击相变和层裂特性

使用磁驱动装置CQ-4发射紫铜飞片对纯铁样品进行一维平面应变加载,采用高精度激光位移干涉仪(DPS)记录飞片和样品的自由面速度历史。结果显示,当纯铁样品在加、卸载过程中有αε相变发生时,样品的层裂强度达到3.4GPa,比已报道的未发生相变的纯铁的层裂强度(1.2~1.9GPa)有明显提高,其原因可能是纯铁材料在经历αε可逆相变时,内部晶格产生了大量的位错。通过分析样品的自由面速度历史,判断出样品发生了自由面浅表层裂现象。在对飞片和样品中的应力波系进行分析时,若只考虑塑性波和相变波在界面的反射稀疏波与飞片传入样品靶中的稀疏波之间的相互作用,将无法解释实验观测到的自由面浅表层裂现象,因此该现象可能与纯铁样品在逆相变过程中产生稀疏冲击波有关。     

大气环境下飞秒激光对铝靶烧蚀过程的研究

利用时间分辨的光阴影成像技术研究了在大气环境下飞秒激光烧蚀铝靶的动态过程. 在入射激光能量为4 mJ, 激光光斑超过1 mm时, 激光烧蚀区表面物质以近似平面冲击波形式向外喷射; 在同样激光能量下、激光光斑较小时(约0.6 mm), 激光烧蚀区以近似半球型冲击波形式向外喷射. 当激光能量比较大时(7 mJ), 发现空气的电离对于激光烧蚀靶材有着重要影响. 在光轴附近烧蚀产生的喷射物具有额外的柱状和半圆型的结构, 叠加在平面冲击波结构上.     

355 nm纳秒紫外激光辐照下熔石英前后表面损伤的对比研究

为了理解前后表面损伤不对称性的物理内涵, 利用阴影成像技术研究了纳秒紫外激光诱使熔石英光学元件表面损伤的时间分辨动力学过程.研究表明,纳秒紫外激光与熔石英作用过程中前后表面损伤的物理机理是完全不同的.前表面处空气中等离子体和冲击波较强, 等离子体的屏蔽作用抑制了余脉冲能量的沉积, 降低了元件损伤程度.而后表面处等离子体吸收激光能量膨胀, 对后表面冲击作用更为严重, 形成的等离子体电子密度可达到10²³cm^-3以上, 反射部分激光能量与入射的激光余脉冲干涉, 使得 关键词： 熔石英 激光诱使损伤 阴影成像技术 光学元件表面     

冲击压缩下PMMA的响应和光学特性

利用二级轻气炮测量了聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)在一维平面冲击压缩条件下的响应和光学特性。采用全光纤激光干涉测试技术(DPS)测量样品在冲击加载下的界面粒子速度和冲击波速度,获得了PMMA材料在冲击压力6~50GPa区间内的高精度冲击Hugoniot数据,冲击波速度不确定度小于1%。同时获得了冲击压缩条件下PMMA样品材料的高压折射率与密度的变化关系以及界面粒子速度修正系数,并实时观测到了PMMA材料中的表观冲击波速度剖面,讨论了冲击波速度剖面与真实冲击波速度的关系。     

飞秒激光烧蚀典型金属表面产生冲击波膨胀研究

利用时间分辨阴影成像技术进行飞秒激光烧蚀金属表面研究可以直观获取飞秒激光烧蚀金属表面产生冲击波膨胀过程的图像。通过对比飞秒激光烧蚀金属铝、铜、铁靶表面的冲击波膨胀形式发现:金属铜、铁表面的冲击波均以球面波形式传播;由于受到烧蚀物质喷溅的影响,铝靶表面竖直方向的冲击波传播形式由球面波转化为柱面波。     

凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象分析

凝聚炸药爆轰在边界高声速材料约束下传播时,爆轰波会在约束材料界面上产生复杂的折射现象.本文针对凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象展开理论和数值模拟分析.首先通过建立在爆轰ZND模型上的改进爆轰波极曲线理论给出爆轰波折射类型,然后发展一种求解爆轰反应流动方程的基于特征理论的二阶单元中心型Lagrange计算方法来数值模拟典型的爆轰波折射过程.从改进爆轰波极曲线理论和二阶Lagrange方法数值模拟给出的结果看出,凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射类型有四种:反射冲击波的正规折射、带束缚前驱波的非正规折射、带双Mach反射的非正规折射、带λ波结构的非正规折射.     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

Reflection and refraction of waves in oscillatory media

This paper uses the two-dimensional Brusselator model to study reflection and refraction of chemical waves. It presents some boundary conditions of chemical waves, with which occurence of observed phenomena at interface as refraction and reflection of chemical waves can be interpreted. Moreover, the angle of reflection may be calculated by using the boundary conditions. It finds that reflection and refraction of chemical waves can occur simultaneously even if plane wave goes from a medium with higher speed to a medium with lower speed, provided the incident angle is larger than the critical angle.     

凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射

开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究,利用射线近似方法,得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式,对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式,对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论,发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果. 关键词： 凹面阵列 超声相控阵 反射与折射     

铁-铍介质界面上激波折射现象的数值研究

用数值方法研究铁-铍介质界面上的激波折射现象.运用激波极曲线理论分析不同强度的激波从正规折射过渡到非正规折射的临界角变化.运用一个具有二阶精度和波传播性质的激波捕捉法,数值求解激波折射运动的流体力学方程组.对正规折射,数值结果与激波极曲线理论一致;对非正规折射,不同强度的激波大都存在前驱的折射激波,并且入射激波的强度不同、入射角度不同,激波折射的图像也不同.     

Reflection and refraction of acoustic waves from the insulator-magnetoacoustic material interface

The reflection and refraction of longitudinal and transverse acoustic waves by the plane interface between an insulator and an easy-plane antiferromagnet undergoing a magnetic-field-induced orientational phase transition are analyzed. The angles of refraction, as well as all four coefficients of wave conversion, can be effectively controlled by varying the field. Conditions for the appearance of the critical angles of internal reflection and the effect of the magnetic field on these angles are considered. A glancing wave radiated into the material is shown to be a possibility near the phase transition.     

Special features of oblique wave propagation through the interface of media with dislocations

The mechanisms of propagation of oblique plane harmonic waves through the interface of Voigt and Maxwell viscoelastic media were studied in the context of field theory of defects which describes dislocation continuum dynamics. The defect field waves structure for different displacement wave polarizations was determined. Analytical expressions were derived for the reflection and refraction coefficients of displacement waves and defect field waves propagating in the media. The dependences of Fresnel coefficients on the incidence angle of a primary wave and parameters of the contacting media were analyzed.     

Holographic interferometric visualization of the Richtmyer-Meshkov instability induced by cylindrical shock waves

Results of quantitative holographic interferometric flow visualization of cylindrical interface instability induced by converging cylindrical shock waves are reported. Experiments were conducted in an annular vertical co-axial diaphragmless shock tube, in which cylindrical soap bubbles filled with He, Ne, Air, Ar, Kr, Xe and SF₆ were co-axially placed in its test section. Pressure histories at different radii during the shock wave implosion and reflection from the center were measured. Diagnostic method base on double exposure holographic interferometry was applied for the measurement of turbulent mixing zone at the interface. The observed cylindrical interfaces were found to have a higher growth rate of turbulent mixing zone than that of the plane shock / plane interface.     

晶体的连续双折射双反射及其集成应用:1×N电光开关

根据惠更斯定理 ,给出了单轴晶体内双折射与全内双反射的光线方向和光波法线方向的普遍公式。并讨论了在晶体内沿多个面的连续双折射双反射 ,分析了前一界面输出量和后一界面输入量之间的联系 ,得到多次双折射双反射后的光线方向和光波法线方向。在此基础上 ,提出一种单块晶体集成的 1×N电光开关 ,即把多个电光调制器安置在全反射面之间。由于双折射效应 ,寻常光和非常光有不同的全内反射 ;给不同的电极对上加上半波电压改变输入光的偏振状态 ,再使光通过不同数目的反射面反射 ,最后输出光就有不同的角度。具有结构简单、插入损耗小、抗干扰性强等优点。给出了 1× 4光开关的实例。     

Reflection and refraction of acoustic waves at the boundary between a magnetoacoustic material and a dielectric

Reflection and refraction of longitudinal and transverse acoustic waves at a plane boundary between an antiferromagnet and a dielectric are studied. The antiferromagnet is assumed to have an easy-plane anisotropy and to be in the state near the orientational phase transition in the magnetic field. A possibility of controlling the angles of the wave-type transformation upon reflection and the refraction angles, as well as all four coefficients of the wave transformation upon reflection and refraction, by the magnetic field is demonstrated. Conditions for the formation of the critical angles of internal reflection and the effect of the magnetic field on their values are specified. A possibility of the radiation of a grazing wave into the material bulk in the vicinity of the phase transition is analyzed.