激光等離子體沖擊波傳輸及空泡動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、本文從理論和實(shí)驗(yàn)方面研究了高功率激光與物質(zhì)相互作用過程中激光等離子體沖擊波的產(chǎn)生、傳輸特性以及激光空泡動(dòng)力學(xué)特性、空蝕機(jī)理，并對(duì)有關(guān)特征參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試和數(shù)值計(jì)算研究。 利用自行設(shè)計(jì)的基于光纖耦合的雙光束測試系統(tǒng)研究了激光致使空氣中靶材表面產(chǎn)生的等離子體沖擊波，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)激光脈沖內(nèi)對(duì)激光等離子體沖擊波瞬時(shí)速度的直接測量，避免因激光器穩(wěn)定性或者激光等離子體沖擊波可重復(fù)性而引起的測量誤差，提高了實(shí)驗(yàn)精度。 在對(duì)激光等離子

2、體沖擊波在不同介質(zhì)中傳輸特性的研究方面，將“壓縮波追趕與稀疏波卸載理論”引入沖擊波發(fā)展及衰減過程的研究；從質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程出發(fā)，解析研究了強(qiáng)激光等離子體沖擊波的產(chǎn)生、發(fā)展和衰減機(jī)理。進(jìn)而采用自行研制的光纖傳感器跟蹤探測等離子體沖擊波的形成及發(fā)展過程，從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該理論模型的正確性。 采用PZT水聽器探測了波長為532nm和1064nm激光與水下金屬靶材作用時(shí)產(chǎn)生的激光等離子體聲波，并對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了時(shí)頻分析。結(jié)果表明：該

3、等離子體聲波強(qiáng)度隨激光能量的增大而增大；頻率范圍在0-150KHz，在頻率為25KHz附近有一峰值；且頻率范圍和峰值位置基本不隨作用激光能量以及靶材料的改變而改變。 從基本的空泡動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)，推導(dǎo)了空泡各特征參量之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)空泡動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了修正；采用有限差分法對(duì)空泡脈動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了空泡脈動(dòng)特性隨液體粘性、空泡含氣量、表面張力以及可壓縮性的變化規(guī)律；實(shí)驗(yàn)上采用光偏轉(zhuǎn)測試裝置探測了激光空泡脈動(dòng)以及空泡潰滅的細(xì)節(jié)過