黄秀光[1]2000年在《高功率激光驱动高压状态方程的实验研究——A1高压状态方程绝对测量的探索》文中认为材料的高压状态方程是武器设计的重要参数；也是目前世界前沿学科—惯性约束聚变领域中的重要研究内容；同时，它在天体物理、星际物理、地球物理、高密度等离子体及材料研究等许多学科领域中都具有重要的科学应用价值。 近二十多年来，随着高功率激光器的陆续建立和不断完善，逐步打开了一条在实验室利用高功率激光驱动产生的强冲击波进行材料高压状态方程研究的技术途径，而现在面对全面核禁试，开展实验室激光驱动状态方程研究则显得尤为重要，是本学科发展的一个必然趋势。 激光驱动状态方程实验研究已获得了一些材料在TPa范围的雨贡纽数据，但是这些实验数据大多是用阻抗匹配法得到的，它们的可靠性极大地依赖于标准材料的雨贡纽数据，而往往在所测的TPa压强范围内，并没有相应的标准材料的雨贡纽实测数据。因此，在TPa压强范围内进行状态方程参数的绝对测量一直是世界各国有关科技工作者努力试图解决的问题。 众所周知，高功率激光驱动飞片空腔靶技术在实验状态方程研究中主要有两个方面的应用：一是作为压力放大器（即增压效应），另一是可能作为绝对测量的手段。而实现绝对测量的关键是：（1）飞片与靶实现对称碰撞或近似对称碰撞；（2）靶中冲击波传播存在稳定区并有一定的长度，以利于测量和制靶，提高测量精度。而目前，尽管国内外对激光加速飞片的状态和碰靶响应情况也进行过一些研究，但还没有见到非常可靠的判断。 为此，本论文以探索激光驱动高压状态方程绝对测量方法为研究目标，采用理论与实验相结合的原则，研究激光直接驱动铝飞片碰撞铝靶的物理过程，给出比较详细的飞片飞行状态和靶中冲击波传播特征的物理图像，同时进行了状态方程绝对测量的实验探索，得到了一些全新的结果。 首先，数值模拟了激光直接驱动铝飞片碰撞铝靶模型，对各种物理参数对 中文摘要飞片飞行状态和靶中冲击波特性的影响程度进行了比较详细的研究，得到了比较全面的物理数据和物理图像，对整个的物理过程有了比较深刻的理解。模拟结果表明，激光功率密度和脉宽、飞片厚度、碰靶距离以及靶材料等对飞片飞行状态和靶中冲击波特征有明显的影响，如果激光条件和靶结构匹配，飞片与靶可能实现对称碰撞或接近对称碰撞，而且可在靶中获得具有较好稳定性和增压适度的高压冲击波，利用合适的飞片空腔双面台阶靶，可能实现状态方程的绝对测量。 然后，采用一维特征线解析方法计算了有密度和速度空间分布的飞片碰撞静止的平面靶模型，揭示了靶中冲击波传播的增长与衰减的规律，计算结果与数值计算结果非常吻合，也可在靶物理设计时提供参考。 根据数值模拟结果，我们确定了靶参数，采用离子刻蚀的方法制作了双面台阶靶，靶结构参数基本符合实验要求；同时采用高真空磁控溅射镀膜法和高精密金刚石车床分别加工了阻抗匹配靶和斜面靶。 最后进行了状态方程绝对测量的实验探索，着重研究了“神光一11”装置光束均匀照明系统的辐照均匀性和驱动冲击波的平面性，几种考核结果是自洽的，从实验上论证了均匀照明系统设计模拟程序的可靠性，结果还表明，在目前的激光条件和均匀照明系统下，我们无法得到平面性良好且范围较宽的冲击波，不能进行状态方程的实验研究。我们认为飞片空腔双面台阶靶实验可以继续进行，有进一步研究的必要和意义，如果冲击波的平面性、稳定性、干净性好的话，加上更为合理的靶设计，可能是一种进行高Z材料状态方程绝对测量的有效方法。 本论文的完成得到了国家高技术八六叁计划状态方程课题的资助和指导。
王伶俐[2]2014年在《高压阻抗匹配法中镜像法的不确定度分析》文中提出激光冲击加载动态高压物态方程是描述物质系统中各状态变量之间关系的函数表达式,用来表达在一定热力学条件下物质的性状。这一领域的深入研究,将对激光惯性约束聚变,材料科学、武器物理、航天技术等应用学科的发展起重要的推动作用。阻抗匹配法是用来测量待测材料状态方程的一种常见方法,它是一种以标准材料为基准的相对测量的方法。激光驱动产生的冲击波从标准材料进入待测材料的过程中,通过测量两个可观察量,一般选择标准材料和待测材料的冲击波速度,即可求出物态方程的其他物理量,如待测材料的压力、密度和内能。一方面本文详细的分析了激光状态方程阻抗匹配实验中物理量测量不确定度的评定方法,着重分析讨论了物理量相关性问题。并通过激光状态方程现有的实验数据计算,得到了物理量相关性对最终测量量Pm、um不确定度影响的大小。另一方面本文还分析了阻抗匹配实验中镜像反演近似法的适用范围,并详细分析了二次冲击卸载线的精确求法,并根据现有的数据库数据得出五个不同模型拟合得到的二次冲击卸载曲线取平均值,分析比较镜像线与二次冲击卸载线,得出镜像反演近似法带来的不确定度的影响。
罗奎[3]2017年在《强激光加载下高压液气氚电学特性》文中研究表明高压材料的电导率研究是材料电学特性分析的重要内容,对新能源开发和行星科学研究有重要意义。高功率激光加载能够驱动材料实现超高压和高密度,且其装置具有较为成熟的力学状态诊断技术和冲击温度诊断技术,是开展极端条件下材料物性研究良好平台。但由于在高功率激光加载的实验中压强较高,样品较小且结构复杂,对材料电导率的直接测量有一定困难,探究开发高压材料电导率的诊断方法对于高压材料电学特性研究极为重要。本文就是利用神光-Ⅱ激光装置开展了高压液氘材料电导率研究工作。本文首先分析了高压下材料电导率传统的诊断方法,利用实验室已有诊断条件和材料的特殊性质建立了计算低Z材料的电导率模型,然后在神光-Ⅱ激光装置下开展了液氘高压电导率研究实验,对计算电导率的模型所需的液氘密度,冲击温度和反射率等参数进行了详细诊断,最后利用此模型计算了液氘的电导率。结果表明:在约70GPa下,液氘已具有相对较高的电导率,高压下液氘中的自由电子不仅来源于氘分子的热激发还来源于离解的氘原子的电离,液氘已从绝缘态物质向部分电离的弱导体物质转变。本文还对实验中反射率测量误差进行深入分析,发现探针激光在测量时间内的强度分布变化可能给反射率测量带来较大误差。为减小此项误差,本文在第九路激光装置原诊断系统下进行了高压材料反射率测量系统的改进设计工作。
舒桦[4]2013年在《强激光加载下准等熵压缩及材料强度特性研究和高时空分辨VISAR研制》文中认为高功率激光加载可以在材料中实现高压、高应变率,为在实验室开展材料极端条件下(超高压力、高应变率)物质特性研究创造了条件。激光加载方式非常灵活,不仅可以通过冲击加载实现1TPa以上的强冲击,也可以通过控制加载过程,在材料中实现准等熵加载。因此高功率激光是目前获取1TPa以上材料高压状态方程数据及实验室条件下研究天体内部材料结构的理想平台。本论文工作是结合现有的神光-Ⅱ高功率激光装置展开的,论文主要包括两部分主要内容：第一部分工作是研制了一台适合高功率激光打靶物理实验诊断的VISAR系统；第二部分工作是利用VISAR作为主要诊断设备开展物理实验研究。针对高功率激光实验平台靶物理诊断的特点,研制了一台高时、空分辨的成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)。 VISAR系统的时间分辨20皮秒、空间分辨7微米、靶面视场1毫米、测速精度2%,各项技术指标达到了国际先进水平。在系统研制过程中做了以下具有创新性的工作：1.自主设计和研制了一种新颖的偏振旋光探针光光学传输系统,该系统解决了非靶面反射光对信号的干扰,显着提高探针激光能量利用效率(与传统传输系统相比探针光的能量利用率提高了3倍)。与此同时,还实现了探针激光能量的连续可调,从而可以满足不同实验研究对探针光能量的需求；2.完成探针光源的空间束匀滑,从而实现了待测对象物面的均匀照明,大大提高了干涉图像的对比度和整体信号质量；3.设计研制了显微放大和像传递相结合的成像系统,该系统很好地保证了在长程传输和视场设计范围内具有空间分辨率高(空间分辨7μm)、调节灵活等特点。同时在该系统中特置的Dove棱镜转像系统,解决了像传递过程中的旋转问题,从而可以方便的实现像与记录系统的精密耦合；4.开发了针对VISAR干涉图像的数据处理软件,可以实现实验图像和数据的实时在线处理。并对VISAR系统进行了升级和完善,实现了在一发次实验中多个物理量的同时测量。利用VISAR作为主要诊断系统开展了一系列应用和探索研究。其中应用研究包括冲击波多波追赶实验、冲击波波前预热研究、透明材料冲击绝热线测量等。冲击波多波追赶实验是ICF脉冲波形设计中非常重要的研究内容,本文开展了聚苯乙烯、石英材料中冲击波多波追赶实验,在透明材料中观测到冲击波传播、追赶等现象,这些结果为进一步深入研究奠定了重要基础；冲击波波前预热问题是激光驱动冲击绝热线测量中重要的研究内容。本文对激光直接驱动条件下冲击波波前预热情况进行了系统、细致的研究,通过分析初步确定了预热的主要来源及其能量范围,这些研究结果对激光直接驱动阻抗匹配靶参数设计具有非常重要的参考价值；利用VISAR可测透明材料中冲击波波阵面轨迹的特点,开展聚苯乙烯材料冲击绝热线测量探索实验。这种新型的阻抗匹配实验测量测量方法,极大限度降低了阻抗匹配实验中对冲击波平面性、稳定性的要求,可以提高实验测量的稳定性和准确性。这些研究结果为ICF研究中烧蚀材料(聚苯乙烯或参溴聚苯乙烯)高精度状态方程实验测量奠定了基础。利用高功率激光作为驱动源开展了一些前沿的、非常具有应用前景的探索实验。包括激光驱动准等熵压缩实验和高应变率下材料的层裂实验。其中激光驱动准等熵压缩可以帮助科学家更好的了解极端条件下固体材料的物理性质,是科学家研究太阳系外行星、太阳系中其他类似地球但比地球大的行星内部结构的唯一方法。本文对激光驱动准等熵压缩开展了探索实验,其中整形脉冲激光直接驱动准等熵压缩实验在国内还未见报道,本文对不同脉冲宽度整形脉冲激光直接驱动准等熵压缩特性进行了较为细致的研究,建立了激光驱动准等熵压缩实验的诊断能力和实验数据处理能力,获得了铝材料50GPa以内的准等熵压缩实验数据。建立了一套基于特征线传播理论的整形脉冲波形设计方法及实验数据分析处理方法。对激光驱动叁角波传播及层裂发生条件进行了理论计算,开展了激光直接驱动金属样品(Al、V)层裂探索实验,获得了清晰的具有层裂标志的实验信号。通过自由面速度剖面计算了层裂强度和应变率参数。
袁红[5]2011年在《激光烧蚀固体材料引起力学效应的数值模拟研究》文中认为高强度激光照射固体靶材表面时,激光能量被靶表面的物质及附近的环境气体吸收,其中环境气体吸收激光能量后直接发生电离,形成等离子体；而固体的靶物质吸收激光能量后,局部升温、熔融、气化,直至电离,形成蒸气等离子体。激光照射靶材引起蒸气或等离子体的流体力学运动及其在凝聚态靶中的力学响应,构成了激光对靶的力学效应。激光烧蚀固体引起材料的力学效应有许多重要的应用,如激光冲击硬化、激光驱动高速飞片、激光推进、激光清除空间碎片、激光驱动准等熵、惯性约束聚变(ICF)、材料高压状态方程、高应变率下材料动态力学性能研究等。本文利用激光体烧蚀模型,根据流体力学理论并采用一维Lagrange有限差分的计算方法,对激光烧蚀固体材料引起力学效应进行了系统的数值模拟研究。本文首先简述了激光烧蚀固体引起材料的力学效应并综述了激光烧蚀固体材料引起力学效应的应用。接下来对激光辐照自由面靶引起的蒸气或等离子体的流体力学运动进行了描述,包括靶蒸汽的一维定常流动,激光烧蚀过程中低温蒸气的一维非定常流动及高温等离子体的一维不定常运动,激光维持的燃烧波和爆轰波,激光烧蚀压力,激光驱动冲击波压力等,这是激光烧蚀固体引起力学效应的理论基础。介绍了靶蒸气及等离子体对激光的吸收特性,建立了激光与固体靶相互作用的体吸收模型,并在SSS程序上增加了用于描述烧蚀靶对激光吸收物理过程的功能模块。利用改造的SSS程序首先对激光烧蚀单层自由靶的物理过程进行了数值模拟,计算给出的靶后表面速度历史与实验中线成像VISAR系统测量的结果基本符合。计算还给出了激光加载过程中等离子体和飞片各参数(温度、密度、速度、压力等)随时间以及空间的变化,其中不同时刻的剖面图较完整地反映了激光烧蚀单层自由靶的物理过程,数值计算获得的烧蚀压力与Phipps定标关系在数量级上相符合。对激光驱动飞片的物理过程进行了一系列的数值模拟,计算得到的烧蚀深度与实验结果符合较好。计算结果表明：在其他条件相同的情况下,随着激光能量增大,飞片的速度也相应提高；在相同激光功率密度条件下,飞片速度随飞片靶厚度的增大而减小。在此基础上,对影响飞片速度的关键因素进行了分析。介绍了采用自行研制的冲量摆对真空环境下激光烧蚀固体靶过程中冲量耦合系数Cm的实验测量,从实验结果可以看出Cm随光强先上升、后下降的趋势,这是等离子体状态下冲量耦合的特征。对真空条件下不同激光参数下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟,所得的计算结果与实验结果、Phipps定标关系符合较好。对激光清除空间碎片的研究背景、研究进展及工作原理进行了简述。根据激光与靶的冲量耦合理论,结合现有激光技术的发展水平,通过对激光清除空间碎片物理过程的具体分析以及对其典型工况的估算,我们认为地基激光清除空间碎片在技术原理上是有可能实现的。
童慧峰[6]2006年在《烧蚀模式激光推进的机理及实验研究》文中研究表明激光推进是利用高能激光与工质相互作用产生的反作用力推动飞行器前进的一种新概念推进技术。与传统的化学推进相比，激光推进在概念上的创新主要可归结为两个分离：1、工质和能量的分离，2、飞行器和能源系统的分离。从是否消耗自身携带工质看，激光推进的驱动模式可分为两类：大气模式和火箭烧蚀模式。本文就火箭烧蚀模式激光推进进行探讨，采用模型分析、数值模拟以及实验研究等几个方面，从物理、力学的角度深入研究烧蚀模式激光推进的物理机理和力学规律，得到了一些有益的结果。 以激光与固体靶相互作用的动态物理过程为线索，分析了烧蚀模式激光推进的基本原理，并将其划分为叁个过程阶段：①靶材料表面的受热气化过程；②靶面蒸气与入射激光的相互作用并使得蒸气继续电离、升温的过程；③靶面蒸气等离子体的膨胀运动过程。激光烧蚀压力和冲量耦合系数是衡量激光推进效应的重要参数，详细分析了基于LSD的激光推进效应力学模型。 介绍了一维辐射流体动力学代码MEDUSA，给出了MEDUSA程序的主要计算流程图。采用MEDUSA程序对单脉冲激光与固体靶相互作用的动态物理过程进行了数值模拟计算。得到了一维情形下等离子体各参数(粒子速度、密度、温度)的随时间以及空间的变化，并给出了动态烧蚀面(激光束与固体靶的作用面)压力随时间的动态变化规律。采用烧蚀压力随时间积分的方法计算固体靶所获得的作用冲量，分别计算了铝靶材料和C-H靶材料在不同激光参数条件下的推进性能。计算得到的冲量耦合系数与实验结果以及经验模型进行了比较，结果表明，数值计算结果与实验结果符合较好。 采用一种平均电离度的简易快速计算方法并由此给出等离子体状态方程，以及具有五阶精度的加权本质无振荡差分格式-WENO建立了烧蚀模式激光推进数值模拟程序，考虑了入射激光与固体靶的相互作用，着重于激光与固体靶面蒸气等离子体的相互作用与能量耦合，用于模拟激光作用于固体靶产生等离子体喷射的全过程，包括固体靶表面吸收激光能量气化、电离产生等离子体，入射激光与靶面等离子体的能量耦合及能量屏蔽，靶面的后续动态烧蚀。进行了以下几个方
刘波波[7]2009年在《冲击波光谱测温方案的初步设计》文中研究指明辐射烧蚀驱动冲击波运动特性的研究对惯性约束聚变和高压状态方程都具有重要意义,冲击波温度的精确诊断有助于了解材料在高温高压状态下结构发生变化的物理条件,冲击压缩材料的辐射光谱中包含丰富的热力学状态信息,可以利用光谱方法精确测量冲击波温度。本文从冲击波温度测量的基本原理出发,初步设计利用光谱方法诊断冲击波温度的研究方案。通过测量和记录辐射烧蚀驱动冲击波在样品表面产生的自发辐射光谱,结合灰体辐射基本定律,实现冲击波温度的测量。对方案中光学传输系统和诊断设备的参数进行说明,并给出对应的计算关系。介绍两种利用黑体辐射定律拟合光谱数据的方法,对两种方法的适用范围进行分析和对比。计算给定波长时黑体光谱辐射亮度与温度之间的关系,计算中考虑了发射率的影响。对特定激光脉冲形状产生的冲击波传播过程进行流体动力学分析,利用数值方法计算冲击波的传播速度,波阵面处的压强等热力学参数随时间和传播距离的变化规律,模拟辐射烧蚀驱动冲击波的传播特性。介绍超热电子预热能量沉积和冲击波的流体动力学衰减的解析模型,计算给定辐射条件下得到的最大冲击波压强,得到最佳激光脉冲宽度,靶厚度和激光强度随激光能量变化的解析表达式。给出辐射烧蚀驱动冲击波实验的优化设计方法,为更深入的数值和实验研究奠定基础。
曹丁象[8]2008年在《高功率固体激光系统的热效应及热管理研究》文中认为由于聚变能工程(IFE)固体激光驱动器、定向能武器(DEW)等领域的需求牵引,高功率、大能量的二极管泵浦固体激光器(DPSSL)已经成为国内外的研究热点。待解决的关键问题,是如何有效地提高激光器的输出功率和改善光束质量。提高输出功率和改善激光光束质量面临的最主要障碍是激光系统的热效应。本文深入地研究了重频、大能量激光器件的热管理技术,主要内容包括四个部分:1、重频、大能量二极管泵浦Yb:YAG激光系统的物理设计及热管理技术;2、设计、研制两种高平均功率普克尔盒:热补偿和重频等离子体普克尔盒;3、热容模式下固体激光器的热效应理论研究和输出特性的实验研究;4、大口径钕玻璃片状放大器的动态热畸变及热恢复研究。一、重复频率、大能量Yb:YAG激光系统的物理设计和热管理技术研究进行了准叁能级激光振荡器的物理设计。建立了调Q激光脉冲的时-空演化动力学模型,获得了激光光束质量随时间的演变过程的仿真结果。考虑增益介质的受激吸收和发射截面的谱分布,建立了时间—光谱分辨的准叁能级激光振荡模型,研究了Yb:YAG增益开关激光器的波长竞争问题。研究了基于准叁能级Yb离子的脉冲储能型放大器的设计和参数优化问题,在考虑自发辐射放大(ASE)退泵浦效应和狭窄通道内流体的强迫对流换热性能等因素的条件下,研究了基于准叁能级Yb离子的脉冲储能型DPSSL的设计和参数优化问题。在国内首次给出了10Hz、100J级的Yb:YAG放大器增益介质的一组优化设计参数:泵浦强度22kW/cm~2,介质口径10cm~2,厚度0.55cm、掺杂3.92×10~(20)cm~(-3)。以上两项研究结果为本文设计100J级激光系统及优化热控制方案奠定了理论基础。高效的热管理是准叁能级激光器实现重频、大能量输出和改善光束质量的一项关键技术。本文以耦合换热物理模型为基础,完成了重复频率大能量DPSSL水冷系统的建模以及温度场、流场的仿真分析。在此基础上设计了用于V形主动镜构型Yb:YAG激光头的水冷系统;针对高强度泵浦的10Hz、100J级Yb:YAG片状放大器,提出了“热平衡”的双面冷却方案。建立了热沉和增益介质的接触热分析有限元模型,完成了10Hz、100J级Yb:YAG放大器在液氮温度下基于宝石热沉的端面传导冷却设计。开展了平凹腔和超高斯反射镜腔Yb:YAG激光振荡器的实验研究,测量了不同温度下的激光输出能量。二、两种高平均功率普克尔盒的设计与研制数值模拟了KDP、DKDP、BBO等几种非线性光学晶体在高平均功率载荷下的热-力学特性以及热畸变。测量了DKDP晶体在平均功率激光辐照下的温度分布。设计并研制了大口径DKDP热补偿普克尔盒,定量分析了晶体厚度误差、光轴偏差以及两块晶体的温度差异等因素对普克尔盒性能的影响。进行了热补偿效果的实验验证。优化设计并研制了重复频率等离子体普克尔盒。通过数值模拟,完成了重频等离子体普克尔盒的端面传导冷却设计。叁、热容模式下Nd激光介质的热-力分布特点和激光输出特性研究首先针对热容工作模式下激光介质内废热持续积累的特点,从激光介质的实际增益分布得到内热源载荷条件,建立了非稳态热-力学仿真模型,在此基础上开展了激光介质工作条件的热.力学优化研究;建立了热容模式下的光传输理论模型,分析了激光介质动态热畸变,指出了因泵浦光未能完全充满介质端面,从而引起的端面不均匀形变是造成光学畸变的主要原因。研制了1kW级氙灯泵浦的V形有源镜构型Nd:YAG热容激光器,实验验证了此构型热容激光器具有定标放大能力。四、400mm×400mm口径钕玻璃片状放大器的泵浦致波前畸变和泵浦致热退偏以及热恢复过程研究分别讨论了钕玻璃片的温度梯度和热变形对激光波前畸变的贡献;为了缩短××激光装置的运行周期,优化设计了冷却方案。论文在以下四方面取得了有创新意义的研究结果:1、准叁能级激光振荡器的设计和光束质量控制将激光速率方程理论和光波的角谱传播理论有机结合起来,对谐振腔内光脉冲的形成、传播过程建模,研究了超高斯镜非稳腔调Q激光脉冲时—空瞬态特性,获得了激光光束质量随时间的演变过程的仿真结果。考虑增益介质的受激吸收和发射截面的谱分布,建立了时间—光谱分辨的准叁能级激光振荡模型,研究了Yb:YAG增益开关激光器的波长竞争问题。上述两项研究对优化准叁能级激光振荡器的设计和光束质量控制具有重要指导作用。该研究结果迄今未见国内有相关报道。2、10Hz、100J级“水冷型”和“端面传导冷却型”片状放大器针对高强度泵浦的10Hz,100J级Yb:YAG放大器,提出了“热平衡”双面冷却方案:在高的热负载区使用强的水冷,在低的热负载区使用弱的He气流冷却。在国内首次实现了宝石端面传导冷却型10Hz、100J级Yb:YAG放大器热沉结构的优化设计;并定量评估了宝石-Yb:YAG用液氮端面传导冷却和直接水冷两种方案的冷却效果。该研究结果迄今未见国内有相关报道。3、高平均功率“热补偿普克尔盒”和“重复频率等离子体普克尔盒”在国内首次分析了热补偿普克尔盒的加工误差和晶体温度差等因素对其性能的影响,完成了大口径(64mm×35mm)DKDP热补偿普克尔盒的设计;创新地提出了单脉冲驱动DKDP电容分压法,实现了重频等离子体普克尔盒在半波电压点的稳定可靠运行。4、热容激光器研制了V形有源镜构型片状热容激光器,完成了集成演示实验,获得约47J/脉冲(20Hz,1kW级)的输出能量;斜效率达到1.3%,系统总效率达1.2%,实验结果表明:激光输出能量与模块数目基本呈线性关系,从而证明该多模块构型的有源镜激光器适合于高平均功率运行。分别对平凹稳腔和角锥棱镜腔进行了光束质量研究,在使用角锥阵列腔时,远场光束质量约为10倍衍射极限。
邓列征[9]2005年在《866 nm O_2（b～1∑_g～+→X～3∑_g～-）化学激光的探索研究》文中研究表明自1965 问世以来,化学激光已发展出以HF(或DF)化学激光为代表的第一代化学激光和以化学氧碘激光为代表的第二代化学激光,它们的波长均落在大于1 μm 的红外区。实现可见光区甚或紫外光区的第叁代化学激光一直是化学激光研究工作者孜孜以求的目标,虽然目前已经取得了一定突破,在个别化学反应体系中观察到了光放大或振荡现象,并测量到了增益,但它们的工程放大潜力极差,实际上很难从这些体系中获得高能高功率化学激光。 为探索更短波长的化学激光,在回顾和总结40 多年化学激光发展的基础上我们提出了866 nm O_2(b)化学激光的设想:Cl_2 与碱性过氧化氢溶液反应产生O_2(a~1△_g);再通过2O_2(a~1△_g) →O_2(b~1Σ_g~+)+O_2(X~3Σ_g~-)能量汇聚反应生成O_2(b~1Σ_g~+);O_2(b~1Σ_g~+,v=0→X~3Σ_g~-,v =1)的受激辐射跃迁将产生866 nm 左右的近可见短波长化学激光。由于O_2(a)可以高效产生,O_2(b)化学激光预期将具有良好的工程放大潜力。围绕该设想,本论文的主要研究内容如下:(1) 建立了866 nm O2(b)化学激光的一维预混模型,从理论上得出高O_2(a)浓度和低水含量是实现O2(b)化学激光的两个必要条件。(2) 建造了一台小型射流式单重态氧发生器(JSOG),从实验和理论上研究产生高O_2(a)浓度的条件,得出了高压JSOG的设计路线和方案。(3) 尝试了分子筛、冷阱、冷射流等多种O_2(a)气流脱水方法。(4) 在小型JSOG 平台上发展和改进了各种相关测量技术,包括:改进的红外辐射?量热法和直接红外辐射法测量O2(a)绝对浓度、紫外吸光光度法测量Cl_2 利用率、发射光谱法测量H_2O 含量,并建立了一套完整的检测系统。结论:如果高压下能有效脱除O_2(a)气流的水分,则实现O_2(b)化学激光是很有可能的。
王一博[10]2012年在《水中等离子体声源的理论与实验研究》文中研究表明水中等离子体声源(UPAS)具有频谱覆盖宽、重复频率高、安全性好等特点，近年来逐渐被纳入水下安防应用之中。本文针对水中等离子体声源的叁个工作阶段，即击穿-爆轰-传播聚束，展开了理论研究，初步建立了针对叁个工作阶段的物理模型，并展开了相应的数值模拟和实验研究。论文的主要研究内容和研究结果有以下几个方面：1、对发生在水中等离子体声源的通常工作条件下(较弱场强E~10kV/cm和导电性水)的电热击穿，进行了理论分析。首次提出了电热击穿产生水中电弧的过程在时间顺序上可划分为叁个阶段：引燃／流柱连接阶段→预击穿加热阶段→火花击穿阶段。提出并研究了产生电热击穿的两个条件：“实现边界沸腾”和“剩余电压足够”。其中，“实现边界沸腾”可解释为弱电场(E~10kV/cm)必须预先向初始电弧周围的边界水中沉积足够的能量，才能使水分子的“气化-电离”循环成为可能。“剩余电压足够”，可解释为，预击穿加热完成后，放电间隙内的场强(火花击穿场强)必须使初始电弧保持足够的温度和电离度，从而为随后的火花击穿过程提供数量充足的引发电子。2、建立了针对预击穿加热阶段的物理模型，模型首次同时考虑了预击穿加热阶段的两种加热机制：离子电流所产生的整体性焦耳加热，初始电弧所产生的局部性辐射加热。利用该模型对预击穿加热阶段各关键变量的演化作出了数值模拟，模拟结果展示了初始电弧对于电热击穿的重要影响。针对提出的预击穿加热模型展开了相应的实验研究，验证了该模型做出的“边界沸腾”温度约为500oC (773K)的基本假设，还发现了实现火花击穿的最低场强约为8kV/cm。3、对火花击穿阶段中的稠密放电等离子体(粒子密度为10×1020/cm3量级)的生成过程进行了理论分析，提出在较弱的场强条件下(E~10kV/cm)，稠密放电等离子体产生于一种“缓发”雪崩电离过程，即，只有当分子被加热到与电子接近的温度，电子-分子间的弹性碰撞所造成的能量转移足够低的情况下，雪崩式的电子碰撞电离过程才会发生。对稠密放电等离子体生成过程中各关键变量的演化作出了数值模拟，得到了产生缓发雪崩电离的场强与对应的临界分子密度之间的近似线性关系，还发现了引发电子数量(电子初始密度)对于稠密放电等离子体生成过程的重要性。4、建立了以计算电弧的机械功输出为最终目标的“柱爆轰”模型。模型使用理想气体等温状态方程’p=nkT’来计算放电等离子体的压强，使用圆柱膨胀描述电弧的动力学演化，使用“猜测-迭代”算法来计算放电等离子体温度的演化。根据“柱爆轰”模型，数值模拟计算了各关键变量随时间的演化。根据实验测量结果，还对淡、盐水两种条件下的电弧初始半径的可能取值作出了推测。5、利用数值模拟软件LS-DYNA，对近场条件下，由高长径比(100:1)柱状驱动源所产生的水中放电冲击波的波阵面的演化情况作了数值模拟研究。模拟结果表明，当传播距离(l)大于10倍电弧长度(d)时，柱面冲击波已经演化为较均匀的近似球面波，“l>10d”可以作为确定等离子体声源聚束反射罩的最小尺寸的经验性依据。还利用LS-DYNA，对球面冲击波在指定参数的椭球面反射罩(a=500mm, b=250mm)上的声学聚束情况作出了数值模拟。数值模拟所得到理论聚束增益(17.96)与相应实验所测得的实际聚束增益(12.77)之间的对比表明，冲击波在椭球反射面上的损耗是不可忽略的。
参考文献：
[1]. 高功率激光驱动高压状态方程的实验研究——A1高压状态方程绝对测量的探索[D]. 黄秀光. 中国工程物理研究院. 2000
[2]. 高压阻抗匹配法中镜像法的不确定度分析[D]. 王伶俐. 中南大学. 2014
[3]. 强激光加载下高压液气氚电学特性[D]. 罗奎. 中国工程物理研究院. 2017
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