高温气体中的激光击穿效应

通过对电子能量分布函数所满足的Boltzmann方程的求解,得到了高温氧原子气体中激光产生电离击穿效应时的束流强度阈值。这一阈值远小于在低温氧分子气体中产生电离击穿的阈值,最多可相差两个数量级。导致这一现象出现的主要原因是原子和分子的能级分布和激发自由度有很大的差别。     

强电磁脉冲(激光、微波)在高温离解氮气中的击穿效应

通过对电子能量分布函数所满足的Boltzmann方程的求解,在理论上分析了强电磁脉冲(激光、微波)在高温氮气中的击穿效应。高温气体的一个主要特征是其中的部分气体分子会离解为原子,这一离解效应会对强电磁脉冲在气体中发生电离击穿的阈值产生影响。计算表明：随着温度的升高,氮分子的离解度增大,强电磁脉冲的击穿阈值下降;击穿阈值的下降幅度与电磁波的频率有关,对频率较高的红外激光,击穿阈值下降明显;而对微波,击穿阈值所受影响较小。     

强电磁脉冲(激光、微波)在高温离解氮气中的击穿效应

 通过对电子能量分布函数所满足的Boltzmann方程的求解,在理论上分析了强电磁脉冲(激光、微波)在高温氮气中的击穿效应。高温气体的一个主要特征是其中的部分气体分子会离解为原子,这一离解效应会对强电磁脉冲在气体中发生电离击穿的阈值产生影响。计算表明：随着温度的升高,氮分子的离解度增大,强电磁脉冲的击穿阈值下降;击穿阈值的下降幅度与电磁波的频率有关,对频率较高的红外激光,击穿阈值下降明显;而对微波,击穿阈值所受影响较小。     

高功率激光表面大气击穿阈值的波长关系

通过对大气击穿的物理机制、低空大气中的自由电子及其寿命和电离机制进行讨论,给出了高功率激光大气击穿较为明晰的物理图像。并通过理论分析,给出了激光大气击穿阈值的波长关系,对给定波长激光的大气击穿阈值可以作出迅速的估值,是一种较为简捷的方法     

用激光诱导击穿光谱测量铝合金的激光烧蚀阈值

采用正交几何配置的双波长双脉冲激光烧蚀-激光诱导击穿光谱技术准确测量了铝合金样品的激光烧蚀阈值。在烧蚀激光波长为532 nm、脉宽为12 ns并采用焦距为2 cm的非球面透镜强聚焦的条件下,得到铝合金的激光能量烧蚀阈值为48 J,等效的能量密度烧蚀阈值为9.8 J/cm2。该技术是一种新的激光烧蚀阈值的光谱测量手段,与传统的测量技术相比,具有高灵敏、准确、快捷和便利的特点,可以用于不同材料的激光烧蚀阈值的准确测量。     

用激光诱导击穿光谱测量铝合金的激光烧蚀阈值

采用正交几何配置的双波长双脉冲激光烧蚀-激光诱导击穿光谱技术准确测量了铝合金样品的激光烧蚀阈值。在烧蚀激光波长为532 nm、脉宽为12 ns并采用焦距为2 cm的非球面透镜强聚焦的条件下,得到铝合金的激光能量烧蚀阈值为48 J,等效的能量密度烧蚀阈值为9.8 J/cm2。该技术是一种新的激光烧蚀阈值的光谱测量手段,与传统的测量技术相比,具有高灵敏、准确、快捷和便利的特点,可以用于不同材料的激光烧蚀阈值的准确测量。     

利用激光击穿光谱检测大气中的重金属成分

大气中的重金属成分对人类健康有严重的危害,有必要对其进行检测和控制,利用自行搭建的一套激光击穿光谱大气监测系统,对煤燃烧烟气和烟花爆竹燃烧烟气污染的大气作为研究对象,通过软件进行处理,获得了大气中的多种重金属元素的L1BS光谱图。利用模拟的被Cd元素污染的大气进行了定量分析,配制含Cd不同浓度的大气样品进行了实验,得到了Cd元素的校准曲线,其线性拟合相关度为0.9938,计算得到其检出限为1mg/m~3。这些研究结果有效地促进了激光击穿光谱在大气污染物检测实用化技术方向的发展。     

飞秒激光诱导水光学击穿阈值

为了研究飞秒激光诱导水光学击穿阈值随激光脉冲参数的变化关系,采用四阶Runge-Kutta方法对飞秒激光诱导水光学击穿的椭球体模型进行了不同脉宽（40~540 fs）、波长(400~1 200 nm)和光斑尺寸（0~200 μm）下的数值模拟。通过控制变量法得出阈值光强与这些激光脉冲参数的关系曲线图,据此定性分析了阈值光强与激光脉冲参数的变化特征趋势。应用光强与功率、能量、辐照曝光量和电场强度之间的关系,得到了它们随激光脉冲参数脉宽、波长和光斑尺寸的动态关系,这为进一步研究飞秒激光与水和含水介质的相互作用提供了理论依据。     

飞秒激光诱导水光学击穿阈值

为了研究飞秒激光诱导水光学击穿阈值随激光脉冲参数的变化关系,采用四阶RungeKutta方法对飞秒激光诱导水光学击穿的椭球体模型进行了不同脉宽(40～540fs)、波长(400～1200nm)和光斑尺寸(0～200μm)下的数值模拟。通过控制变量法得出阈值光强与这些激光脉冲参数的关系曲线图,据此定性分析了阈值光强与激光脉冲参数的变化特征趋势。应用光强与功率、能量、辐照曝光量和电场强度之间的关系,得到了它们随激光脉冲参数脉宽、波长和光斑尺寸的动态关系,这为进一步研究飞秒激光与水和含水介质的相互作用提供了理论依据。     

基于流体模型和非平衡态电子能量分布函数的高功率微波气体击穿研究

用流体模型研究高功率微波气体击穿时, 电子能量分布函数常被假设为麦克斯韦分布形式, 此假设可能将给模拟结果带来较大的误差. 通过求解玻尔兹曼方程, 得到非平衡状态下的电子能量分布函数. 分别将上述两类分布函数引入到流体模型中, 对氩气击穿进行了数值模拟. 结果表明, 基于非平衡分布函数得到的击穿时间与粒子模拟结果符合得很好, 而当平均电子能量较低时, 麦克斯韦分布函数的高能尾部导致了较短的击穿时间. 最后, 采用非平衡分布函数计算了不同压强下的氩气击穿阈值, 发现其与实验结果基本符合.关键词：微波气体击穿电子能量分布函数流体模型玻尔兹曼方程     

典型放电气体的击穿场强阈值研究

为了研究等离子体产生时的气体击穿特性,利用低气压条件下气体击穿场强阈值模型,分析了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Hg蒸汽等6种典型放电气体的击穿阈值随入射波频率、电子温度、气体压强以及气体温度的变化规律。结果表明：气体击穿阈值随气体压强的增大而减小,随气体温度、电子温度和入射脉冲频率的增大而增大。气体压强和入射频率对击穿阈值的影响大于气体温度和电子温度,在所考虑的范围内,气体压强对击穿场强的影响约为100V/m,入射脉冲频率对击穿场强的影响为50~300V/m,气体温度和电子温度对击穿场强的影响为20~30V/m。当考虑气体压强、气体温度以及电子温度等因素的影响时,各种气体的击穿场强阈值产生的变化规律相类似;但考虑入射频率的影响时,不同气体的击穿场强阈值差异很大。在所考虑的典型放电气体中,Xe具有最低的击穿场强阈值,He的击穿阈值最大。

     

Gas breakdown with nanosecond CO2 laser radiation

The thresholds for CO₂ laser induced breakdown and their variation with pulse width have been measured at various pressures for Ar, N₂ and an 8/1/1 laser mixture of He/CO₂/N₂ using 3–40 ns duration pulses. These measurements indicate that excited state production plays a dominant role in determining the threshold for nanosecond duration pulses. This has been confirmed by the good agreement obtained between the measured and theoretical thresholds.     

Long-time behavior of the Lorentz electron gas in a constant,uniform electric field

The long-time behavior of the Lorentz electron gas is studied in the presence of a uniform external field. A discussion of the rigorous solution of the one-dimensional Boltzmann equation is followed by the derivation of the asymptotic form of the velocity distribution in an arbitrary number of dimensions. The system is shown to absorb energy from the field without bounds, which excludes the usually assumed steady state with finite thermal energy density.Supported by the Polish Ministry of Higher Education, Science and Technology, Project MR.I.7.The authors are very grateful to Dr. Y. Pomeau for many valuable comments.     

Approach to equilibrium in a one-dimensional,two-component gas of Maxwellian molecules

The coupled Boltzmann equations describing the evolution of the velocity distributions of a one-dimensional, two-component gas of Maxwellian molecules are analyzed. When the two species have different masses, the system approaches equilibrium. The complete eigenvalue spectrum of the linearized collision operator is obtained, and is found to exhibit an interesting dependence on the mass ratio. The response of one species to an external field, when the other species is regarded as a host fluid, is also examined.     

Large energy behavior of the velocity distribution for the hard-sphere gas

The initial-value problem for the Boltzmann-Lorentz equation for hard spheres at zero temperature is shown to be ill defined, the general solution depending on an arbitrary function. The uniqueness of the solution can be obtained by imposing the conservation of the number of particles (Carleman's type of condition does not suffice). The linearized Boltzmann equation for hard spheres is then analyzed, as it occurs in Enskog's method for calculating transport coefficients. It is demonstrated that in the case of viscosity and diffusion it is necessary to add supplementary conditions to obtain the uniqueness of the solution. The nonuniform character of Enskog's expansion and violation of positivity in the large velocity region are exhibited.