激光驱动含能复合飞片速度特性

采用真空磁控溅射方法制备了CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅱ/CuO/ Al2O3/Al,and (CuO/Al)Ⅷ/ Al2O3/Al三种复合飞片,利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜对复合飞片进行表征,结果表明,不同材料膜层的分界面清晰可见,复合薄膜的表面结构致密,颗粒基本尺寸可以达到nm级,均匀性好。利用光子多普勒测速技术对三种复合飞片速度进行测量,结果表明：将飞片靶放置在空气电离点偏前的位置(入射激光方向),增大聚焦光斑,能改善激光电离空气引起的能量屏蔽作用;含能烧蚀层CuO/Al的存在,有助于提高飞片速度。在含能薄膜烧蚀层厚度一定的情况下,增大周期、减小每层薄膜厚度,有助于提高含能薄膜反应程度,减小飞片上升沿时间。在同等激光能量密度下,(CuO/Al)Ⅷ/ Al2O3/Al的上升沿时间低于(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al。     

激光驱动飞片加速特征分析

在激光驱动飞片研究中,飞片的加速特征是需要认识的关键问题之一。设计了强激光作用金属膜驱动飞片实验,采用聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜测量了飞片到达不同距离的时间,计算得到飞片速度和加速度,分析激光能量对飞片加速性能的影响。基于Gurney能理论,建立了激光驱动飞片速度的计算模型,根据实验结果获得了激光能量损失系数和有效吸收系数,分析了激光能量和膜体厚度对飞片速度的影响。实验结果表明：不同激光能量下飞片的加速特征基本相似,激光能量变化对飞片的加速时间影响较小; 激光能量较大的情况下,膜体厚度对飞片最大速度、能量耦合系数的影响更显著; 当膜体超过一定厚度时,能量耦合系数不再增加。     

光纤传输激光驱动飞片实验研究

构建了一种基于光纤传输高功率激光的飞片发射系统,并测试了飞片速度.飞片膜层为三明治结构:铝烧蚀层、氧化铝隔离层和铝飞片产生层.飞片膜层采用磁控溅射技术沉积在玻璃衬底上,总厚度为5.5 μm.激光辐照铝膜层产生高温高压等离子体,驱动剩余膜层产生高速飞片,速度达数km/s.同时,实验研究了光纤传能系统的输出激光空间分布特性和传输激光能量容量,它们决定了飞片的平面性和最大速度.光纤端面损伤是限制光纤传输激光能量容量的关键因素,光纤端面通过精密机械抛光和激光预处理可以获得理想的抗激光损伤能力.采用基于光纤阵列探针的时间序列测试技术获得了飞片的平均速度,并评估了飞片的平面性.采用搭建的基于光纤传输高功率激光的飞片发射系统获得了速度达1.7 km/s、直径接近1 mm的高速飞片. 关键词： 激光驱动飞片 激光辐照 光纤阵列探针 激光等离子体     

激光驱动飞片过程中激光烧蚀深度的计算

利用激光体烧蚀模型,数值模拟了激光驱动飞片的加速过程,包括激光的吸收和飞片的速度历史等。在光强为GW/cm2量级的激光作用下,激光烧蚀产生的等离子体的流体力学运动可用改编的1维Lagrange流体力学计算程序SSS来描述。通过计算得到不同激光能量下的飞片密度剖面,由此给出金属薄膜的烧蚀深度与实验测量值进行比对,二者符合得较好。     

激光作用复合膜体驱动飞片的理论计算和实验研究

采用Gurney理论,建立了激光作用复合膜体驱动飞片的理论计算模型。通过修正膜体材料的激光能量吸收系数,对激光作用复合膜体结构形成的飞片速度进行计算,分析了膜体材料和结构组成对飞片速度的影响,确定了形成高速飞片的复合膜体结构。进行了强激光作用复合膜体驱动飞片实验,采用压电薄膜测量了飞片到达不同距离的时间,计算得到飞片的速度和加速度。结果表明:不同激光能量作用下复合膜体飞片的加速特征基本相似,激光能量的变化对飞片加速时间的影响较小,飞片速度随着光爆层厚度的增加呈先增大后减小的趋势;对应于不同的激光能量,光爆层存在最优能量吸收厚度。     

激光驱动飞片超高速发射技术实验研究

介绍了影响激光驱动超高速发射技术的各种因素。分析了激光能量、激光光束空间分布对飞片发射速度及完整性的影响和飞片靶镀膜工艺对飞片速度及完整性的影响。结果表明：空间分布为“平顶型”的激光束有利于发射出完整的飞片。在膜与基底之间增加过渡层Cr可以大大提高膜与基底之间的附着力,从而提高飞片的发射速度。实验上利用波长1 064 nm、脉宽10 ns、能量835 mJ的激光使厚度5 μm、直径1 mm的铝飞片的发射速度达到10.4 km/s。大大提升了对微米级空间碎片速度的发射能力。     

用于激光驱动飞片诊断的线成像速度干涉仪

设计并建立了一套完整的线成像激光干涉测速系统,用于激光驱动技术中小尺寸飞片或样品一条线上所有点的速度测量。它将激光压缩为线状照射到靶面,用成像物镜收集靶面的漫反射光并传递到广角迈克尔逊干涉腔中形成干涉,产生的梳妆干涉条纹作为信号载体,用变像管扫描相机记录条纹随时间的变化,用不同位置的条纹移动量反推出不同位置的速度分布,实现空间分辨。系统具有50 ps响应时间和20 μm空间分辨能力。用该系统测量了激光驱动飞片的速度场,清晰的扫描干涉图像直观显示了飞片的运动过程和各点的速度差异。用傅里叶变换方法对干涉图像进行处理,得到了靶面一条线的速度和位移分布。     

激光驱动飞片三中阶靶模型的分析：用于状态方程的绝对测量

We present the numerical calculation of the model of aluminum flyer-vacuum-target with high power laser driving.The results show that the parameters of laser and target's structure have great effects on the state of flyer and the character of shock-waves in the target.If we select the parameters of laser and target's structure reasonably, we can achieve approximately symmetric impact between flyer and target;moreover,the shock-wave in the target has a stable area with a certain spatial width.So,if we choose the three-step-target with a suitable thickness,we can approach an absolute measurement of equation-of-state.     

激光驱动飞片的动量耦合模型研究

激光驱动飞片技术在动高压加载和模拟空间高速粒子运动规律等实验中有重要的应用价值。而激光与飞片的动量耦合模型研究是激光驱动飞片技术的重要内容之一,其实质是激光与物质的作用规律的宏观表征。以激光支持爆轰波（LSDW）理论为基础,建立了约束条件下激光驱动飞片的动量模型,模型考虑了激光功率密度、脉宽、聚焦焦斑、侧向稀疏波、飞片表面气体参数、飞片面积等因素的影响,比较全面地反映了LSDW对飞片的力学作用特性,理论计算结果与参考文献结果吻合较好,误差不超过25%。     

激光驱动飞片的动量耦合模型研究

 激光驱动飞片技术在动高压加载和模拟空间高速粒子运动规律等实验中有重要的应用价值。而激光与飞片的动量耦合模型研究是激光驱动飞片技术的重要内容之一,其实质是激光与物质的作用规律的宏观表征。以激光支持爆轰波（LSDW）理论为基础,建立了约束条件下激光驱动飞片的动量模型,模型考虑了激光功率密度、脉宽、聚焦焦斑、侧向稀疏波、飞片表面气体参数、飞片面积等因素的影响,比较全面地反映了LSDW对飞片的力学作用特性,理论计算结果与参考文献结果吻合较好,误差不超过25%。     

Superhard Nb-Si-N composite films synthesized by reactive magnetron sputtering

By means of the reactive magnetron sputtering method, a series of Nb-Si-N composite films with different Si contents were deposited in an Ar, N₂ and SiH₄ mixture atmosphere. These films’ chemical composition, phase formation, microstructure and mechanical properties were characterized by the energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, transmission electron microcopy, atomic force microscopy and nanoindentation. The experimental results showed that the silicon content in the Nb-Si-N composite films can be conveniently controlled by adjusting the SiH₄ partial pressure in mixed gas. The hardness and elastic modulus of the Nb-Si-N films were remarkably increased with a small amount of silicon addition and reached their maximum values of 53 and 521 GPa, respectively, at 3.4 at.% Si. Such an obvious enhancement of mechanical properties is related to the increment of crystal defects in the Nb-Si-N films. With silicon content increasing in the films further, the mechanical properties decreased gradually to somewhat a bit lower than those of the NbN film.     

p型ZnO薄膜的制备及特性

采用射频磁控溅射在Si片上制备ZnO薄膜，通过离子注入对样品进行N掺杂，在不同温度下进行退火并实现了p型转变.用扫描电子显微镜、X射线衍射和Hall测量对薄膜进行了表征，结果表明薄膜具有良好的表面形貌和高度c轴择优取向，退火后p型ZnO薄膜的最高载流子浓度和最低电阻率分别为1.68×10¹⁶cm^-3和41.5Ω·cm.讨论并分析了退火温度和时间对ZnO薄膜p型转变的影响.     

Influence of silicon on the microstructure and mechanical properties of Zr-Si-N composite films

A series of Zr-Si-N composite films with different Si contents were synthesized in an Ar and N₂ mixture atmosphere by the bi-target reactive magnetron sputtering method. These films’ composition, microstructure and mechanical properties were characterized by energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, atomic force microscopy and nanoindentation. Experimental results revealed that after the addition of silicon, Si₃N₄ interfacial phase formed on the surface of ZrN grains and prevented them from growing up. Zr-Si-N composite films were strengthened at low Si content with the hardness and elastic modulus reaching their maximum values of 29.8 and 352 GPa at 6.2 at% Si, respectively. With a further increase of Si content, the crystalline Zr-Si-N films gradually transformed into amorphous, accompanied with a remarkable fall of films’ mechanical properties. This limited enhancement of mechanical properties in the Zr-Si-N films may be due to the low wettability of Si₃N₄ on the surface of ZrN grains.     

激光加速高能质子实验研究进展及新加速方案

利用超强激光与等离子体相互作用来加速高能离子是激光等离子体物理及加速器物理领域的研究热点.经过了近20年的发展,激光离子加速已取得丰硕成果,催生了一批新的应用.本文概述了国内外激光离子加速所取得的标志性实验研究进展,围绕高能质子的产生这一关键问题进行了深入的探讨,介绍了近几年来发展的有潜力的新加速方案.     

SiC过渡层制备温度对碳化硅/氟化类金刚石复合薄膜血液相容性的影响

以316L不锈钢为基底,SiC晶体为靶材,Ar为源气体,采用磁控溅射法在不同温度下制备出系列SiC过渡层.然后以高纯石墨作靶,Ar和CHF_3为源气体,在同一工艺条件下再续镀一层氟化类金刚石(F-DLC)薄膜,形成SiC/F-DLC复合薄膜.研究表明,相比于F-DLC薄膜,复合薄膜的附着力显著增加,血液相容性明显改善.通过样品的拉曼和红外光谱分析了不同温度下制备的SiC过渡层以及复合薄膜结构的演变.结果表明,控制SiC过渡层制备温度可以有效调制过渡层中C=C键的比例以及—C—C—不饱和键的密度,复合薄膜中保留较高比例的芳香环式结构以及合适的F/C比是薄膜的血液相容性得以进一步改善的原因,SiC过渡层制备温度控制在500℃左右效果尤为明显.SiC薄膜和F-DLC两种薄膜的界面处形成一定比例的Si—C键和C=C键是导致复合薄膜附着力显著上升的直接原因.适当条件下在316L不锈钢和F-DLC薄膜之间增加SiC过渡层对于增强薄膜的附着力、改善其血液相容性是可行、有效的.     

NH3气氛处理制备p型ZnO薄膜及性能表征

采用NH₃气氛处理直流/射频共溅射方法制得的ZnO：Al薄膜,从而获得Al+N共掺p型ZnO薄膜.XRD,场发射扫描电子显微镜测试及Hall效应测试发现,处理温度对ZnO薄膜的结构和电学性能具有较大的影响,其中处理温度为700℃时,薄膜具有较好的c轴择优取向,并且薄膜表面平整,结构紧密,晶粒大小均匀,无明显空洞和裂缝,具有良好的表面质量,晶粒尺寸约为40—60nm,薄膜的导电类型由n型转变为p型. 关键词： p型ZnO Al+N共掺杂 直流/射频共溅射     

NH3气氛处理制备p型ZnO薄膜及性能表征

采用NH₃气氛处理直流/射频共溅射方法制得的ZnO：Al薄膜，从而获得Al+N共掺p型ZnO薄膜.XRD，场发射扫描电子显微镜测试及Hall效应测试发现，处理温度对ZnO薄膜的结构和电学性能具有较大的影响，其中处理温度为700℃时，薄膜具有较好的c轴择优取向，并且薄膜表面平整，结构紧密，晶粒大小均匀，无明显空洞和裂缝，具有良好的表面质量，晶粒尺寸约为40—60nm，薄膜的导电类型由n型转变为p型.     

梯度飞片材料的波阻抗分布设计与优化

建立起了梯度飞片击靶的理论模型，对具有不同波阻抗分布特征的W-Mo-Ti体系梯度飞片的 击靶过程进行了数值模拟计算.结果表明，梯度飞片对靶产生的压缩是逐步进行的，靶板的 自由面速度也是逐渐提高的，准等熵压缩过程的加载速率远低于传统冲击压缩.为获得较好 的准等熵压缩效果，梯度飞片的波阻抗分布应遵循随厚度变化的二次至三次幂函数关系，并 且靶板厚度必须与梯度飞片的击靶速度等相匹配. 关键词： 梯度飞片材料 波阻抗分布 准等熵压缩