长脉冲激光辐照下环氧树脂的热烧蚀规律

研究了树脂基复合材料中常用的E-51环氧树脂在ms级脉冲激光辐照下热烧蚀率及质量烧蚀率的变化规律,分析了脉冲激光的辐照时间、峰值功率密度、重复频率以及脉宽对烧蚀率的影响。研究结果表明：随辐照时间的增加热烧蚀率逐渐增大,但辐照一定时间后,热烧蚀率趋于稳定;峰值功率密度的增加能明显提高热烧蚀率,但随峰值功率密度的增加,热烧蚀率的增幅减小直至趋于一定值;热烧蚀率不随脉冲激光重复频率和脉宽的变化而改变,当峰值功率密度一定时,热烧蚀率一定,质量烧蚀率与频率和脉宽成正比。     

重频激光作用下碳纤维/环氧树脂复合材料热损伤规律

运用热化学分析、扫描电子显微技术等手段,分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料在ms量级重频激光辐照下的损伤形式,研究了峰值功率密度、辐照时间、重复频率和脉冲宽度等对复合材料烧蚀规律的影响。研究结果表明：在激光辐照过程中,复合材料树脂基体在300 ℃开始裂解;由于裂解气体的保护作用,碳纤维不发生氧化,而是在汽化点（3 300 ℃）汽化烧蚀;复合材料热烧蚀率随峰值功率密度和重复频率提高而增大,随辐照时间增加而减小,最终均趋于定值;增加脉冲宽度可以提高辐照区峰值温度,降低碳纤维损伤的功率密度阈值。     

重频激光作用下碳纤维/环氧树脂复合材料热损伤规律

 运用热化学分析、扫描电子显微技术等手段,分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料在ms量级重频激光辐照下的损伤形式,研究了峰值功率密度、辐照时间、重复频率和脉冲宽度等对复合材料烧蚀规律的影响。研究结果表明：在激光辐照过程中,复合材料树脂基体在300 ℃开始裂解;由于裂解气体的保护作用,碳纤维不发生氧化,而是在汽化点（3 300 ℃）汽化烧蚀;复合材料热烧蚀率随峰值功率密度和重复频率提高而增大,随辐照时间增加而减小,最终均趋于定值;增加脉冲宽度可以提高辐照区峰值温度,降低碳纤维损伤的功率密度阈值。     

长脉冲高能激光对金属靶材烧蚀实验研究

为研究长脉冲高能激光与金属靶材相互作用的机理,使用2种激光器对铝、钢、铜和钛靶材进行烧蚀试验。记录靶材穿透时的激光轰击次数,测量穿过通孔的激光能量和孔的面积,得到不同材料在不同能量密度下的烧蚀率。实验表明：能量密度低的激光束,即使对靶材可能有烧蚀作用,它的烧蚀率要比能量密度高的激光束小很多。能量密度达到造成液态质量迁移条件的长脉冲激光,可获得较大的烧蚀率和截面积较大的通孔。     

超短脉冲激光对岩石的烧蚀作用研究

对干燥状态和浸水后的红砂岩、花岗岩、大理岩在不同超短脉冲激光入射频率和烧蚀发次等条件下的烧蚀情况进行了研究.结果发现,浸水后的岩石烧蚀质量损失明显大于干燥状态下的质量损失.同时质量损失与激光入射频率和烧蚀发次有着密切的关系.     

LY12铝靶激光热烧蚀的实验研究

给出波长为1.06μm的两种脉冲持续时间的会聚激光束照射LY12铝靶的热烧蚀结果。由金相显微仪、扫描电镜观察获得的烧蚀坑孔的显微照片表明,在脉冲持续时间为1.6ms光束照射下。铝合金不仅产生强汽化,而且伴随着严重的液相冲刷效应,其热烧蚀率在焦点处为360～500μg/J,在焦前40mm处为45～140μg/J。而在脉宽100ns的单脉冲激光束照射下,铝合金产生强汽化,但未发生液相冲刷,热烧蚀率为4～10μg/J。     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

 针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点,建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×10⁸ W/cm²的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm,蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大,温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出,在靶面附近区域,Ge的1阶电离始终占优势;在中心区域,脉冲作用时间内,Ge的2阶电离率比1阶电离率大,脉冲结束后,Ge的2阶电离率下降,1阶电离率逐渐变大。     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点,建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×108 W/cm2的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm,蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大,温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出,在靶面附近区域,Ge的1阶电离始终占优势;在中心区域,脉冲作用时间内,Ge的2阶电离率比1阶电离率大,脉冲结束后,Ge的2阶电离率下降,1阶电离率逐渐变大。     

脉冲强激光辐照下材料响应的非傅里叶效应

 研究了在多脉冲强激光辐照下靶材的热传导与热冲击特性。基于非傅里叶导热定律和热弹性理论,推导出多脉冲激光辐照下靶材温度场和热应力场的解析式;结合适当的边界条件,以不锈钢靶材为例,利用有限差分法和Matlab计算得到了多脉冲强激光辐照下靶材内部过余温度随时间和深度演化情况以及内部热应力的演化规律。计算结果表明：多脉冲激光辐照下靶材热响应在离边界不同截面处温度波形变化出现延迟性,其滞后性能与弛豫时间有关;非傅里叶解中应力波的波前十分陡峭,具有明显的热冲击性。     

脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展

脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了详细分析。     

Thermal behavior of thin metal films irradiated by shaped femtosecond pulse sequences laser

A numerical solution of the two-temperature model has been performed up to the shaped femtosecond pulse sequences heated metal target. The two-temperature model is used to analyze the shaped femtosecond pulse sequences with the following major conclusions. We confirm the distinctly different results on the different shaped femtosecond pulse sequences. As the number of shaped femtosecond pulses increases, the nonequilibrium state between electrons and phonons gradually disappears, the highest transient electron temperature is lowered and the thermolization time is prolonged, the electron heat conductivity remains higher because of the effect of incubation on the electron temperature, which preserves the advantages of ultrashort lasers. The shaped femtosecond pulse sequences can increase the efficiency in ablation and micromachining.     

激光对碳纤维增强复合材料的热烧蚀数值模拟

高能激光对复合材料的辐照效应研究,可以拓展激光技术的应用范围。为了预测激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应,提出了一个简化计算模型。采用隐式有限体积方法求解控制方程,边界条件包括激光辐照加热、对流换热、辐射换热以及材料表面烧蚀。考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容变化情况。基于该烧蚀模型,预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和表面烧蚀速率,计算结果与文献试验数据一致。最后,通过修正烧蚀模型分析了高速气流剥蚀对激光辐照复合材料热效应的影响。     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

 利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶,研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时,硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致;长脉冲时,等离子体2维膨胀效应非常显著,keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和,导致X射线线辐射功率出现饱和,且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下,辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系,发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方,理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下,keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系,发现即使考虑了倍频效率的影响,短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

激光脉冲波形对烧蚀Si靶表面温度的影响

利用双温方程对激光烧蚀Si靶的过程进行了数值模拟,并结合合适的初始条件和边界条件,研究了在飞秒、皮秒激光作用下,脉冲波形（矩形、梯形、三角形和高斯形）对Si靶表面载流子和晶格温度分布的影响。结果表明：激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,矩形脉冲激光烧蚀Si靶表面载流子的峰值温度最高,而高斯分布的脉冲引起靶面载流子峰值温度最低。可见,激光脉冲波形对Si靶表面载流子的温度分布具有重要影响。所得结果可为制备高质量的薄膜提供理论依据。     

Femtosecond pulsed laser ablation of thin gold film

Laser micromachining on 1000 nm-thick gold film using femtosecond laser has been studied. The laser pulses that are used for this study are 400 nm in central wavelength, 150 fs in pulse duration, and the repetition rate is 1 kHz. Plano-concave lens with a focal length of 19 mm focuses the laser beam into a spot of 3 μm (1/e² diameter). The sample was translated at a linear speed of 400 μm/s during machining. Grooves were cut on gold thin film with laser pulses of various energies. The ablation depths were measured and plotted. There are two ablation regimes. In the first regime, the cutting is very shallow and the edges are free of molten material. While in the second regime, molten material appears and the cutting edges are contaminated. The results suggest that clean and precise microstructuring can be achieved with femtosecond pulsed laser by controlling the pulse energy in the first ablation regime.     

Transient response analysis of photoconductive detector under ultra-short laser pulse radiation

The transient response characteristics of HgCdTe photoconductive detector under the radiation of ultra-short laser pulse have been discussed in detail. Specifically, the transient effect of pulse width to the temperature of electronics and crystal lattice, and corresponding resistance changes of detector are mainly discussed. Based on traditional drift-diffusion model, considering that the temperature of electronics and crystal lattice are different under the ultra-short laser pulse, the double-temperature equation is joined to describe the semiconductor carriers’ dynamics features. Using the numerical method, the transient response characteristics of detector in the case of ultra-short pulse have been worked out. The calculation results show that: When the pulse width is greater than nanosecond pulse, the temperature of electronics will be equal to which of crystal lattice. If the pulse width is less than nanosecond pulse, the temperature of electronics is higher than which of the latter. After the end of a pulse, the rebound resistance of detector will be higher than the dark resistance because of the thermal effect. The heat effect is more obvious when a pulse with narrower width and higher energy density incident to the detector.     

强激光烧蚀平面靶的实验研究

此文叙述了采用晶体谱仪和X射线条纹相机等探测器测量平面靶强激光烧蚀参数的方法 ,给出了铝平面靶和碳氢平面靶的质量烧蚀速率和烧蚀压。实验结果与收集到的国外数据进行了比较 ,二者在误差范围内一致。同时探索了金平面靶强激光烧蚀参数的实验研究方法。