摘 要 激光支持爆轟波在航天推進(jìn)，激光微加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文通過改進(jìn)調(diào)Q技術(shù)，在一次氙燈泵浦的時(shí)間內(nèi)輸出3個(gè)強(qiáng)脈沖，對(duì)鋁靶材進(jìn)行打孔實(shí)驗(yàn).研究結(jié)果表明：三脈沖激光對(duì)鋁材料燒蝕，產(chǎn)生空洞結(jié)構(gòu)，材料在三脈沖激光產(chǎn)生的爆轟波作用下被充分消融并向空洞結(jié)構(gòu)四周擴(kuò)散，沉積。

【關(guān)鍵詞】三脈沖激光 激光支持爆轟波 等離子體

1 引言

激光支持爆轟波是激光與物質(zhì)相互作用的一個(gè)重要現(xiàn)象，在激光微加工，航天推進(jìn)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。例如航天材料的固化加工，激光推進(jìn)等。激光與物質(zhì)作用產(chǎn)生激光支持爆轟波包含一系列復(fù)雜的物理變化過程。由于激光支持爆轟波的產(chǎn)生條件對(duì)激光功率要求較高，所以研究一種新的激光支持爆轟波產(chǎn)生方案對(duì)推進(jìn)該方向的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 三脈沖激光支持爆轟波理論分析

傳統(tǒng)的激光毀傷是利用單脈沖激光的能量直接作用到毀傷目標(biāo)上，目標(biāo)的毀壞程度完全取決于激光能量的大小。而本文提出了一種新的激光毀傷內(nèi)涵，即利用前一個(gè)激光脈沖在被攻擊目標(biāo)表面處形成的等離子體為后續(xù)的脈沖激光儲(chǔ)能，在后續(xù)脈沖激光的作用下等離子體體積逐漸被放大，進(jìn)而儲(chǔ)能的潛力逐漸增加。當(dāng)?shù)入x子體的儲(chǔ)能達(dá)到爆轟閾值時(shí)，激光支持爆轟波瞬間生成，由此產(chǎn)生的等離子爆炸對(duì)被攻擊目標(biāo)形成巨大的高溫、高壓沖擊力，從而能夠?qū)崿F(xiàn)毀傷目標(biāo)的目的。多級(jí)串聯(lián)激光支持爆轟波毀傷靶材方案如圖1所示。該方案主要包括激光系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等三部分組成。

3 三脈沖激光實(shí)驗(yàn)過程

本文采用的納秒激光器及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。包括一級(jí)放大三脈沖YAG激光器，激光聚焦鏡組，打孔平臺(tái)。其中激光器為學(xué)院自制，激光系統(tǒng)如圖2所示，該系統(tǒng)由本振激光器和一級(jí)激光放大系統(tǒng)組成， 通過改進(jìn)調(diào)Q部分的電路以及延長(zhǎng)氙燈的工作時(shí)間。使得激光器可以輸出兩種模式的調(diào)Q激光以下是激光器的輸出參數(shù)：波長(zhǎng)1064nm，脈寬25ns 能量輸出≤5%。能量調(diào)節(jié)方式為電壓調(diào)節(jié)，激光輸出模式有兩種，一種的單脈沖輸出；一種是三脈沖輸出，三脈沖間隔為65us 70us 90us。激光能量計(jì)型號(hào)Energy Max激光能量探頭為材料表面形貌采用蔡司Libra 120掃描電鏡進(jìn)行分析。

激光打孔實(shí)驗(yàn)：

激光經(jīng)聚焦后的光束對(duì)靶材進(jìn)行打孔實(shí)驗(yàn)。光束聚焦后的光斑大小為130um。對(duì)于實(shí)驗(yàn)所得靶材表面形貌進(jìn)行電鏡掃描后如圖3所示。

圖中分別是單次輸出能量大小為800mj的三脈沖激光與單脈沖激光對(duì)鋁材進(jìn)行5次轟擊后的鋁材表面形貌圖。

4 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)，證明三脈沖激光支持爆轟波的產(chǎn)生方案可行，研究了在作用次數(shù)為5次時(shí)，單次輸出能量為800mj的單脈沖激光與三脈沖激光對(duì)鋁板的打孔過程。首先以鋁板的激光支持爆轟波點(diǎn)燃閾值為基礎(chǔ)條件，以理論觸發(fā)閾值與聲波檢測(cè)證明激光支持爆轟波的產(chǎn)生。在通過電鏡分析實(shí)驗(yàn)所得靶材的表面形貌。得到三脈沖激光產(chǎn)生的深孔結(jié)構(gòu)附近具有更多的金屬碎屑，以及層狀的堆疊結(jié)構(gòu)。表明三脈沖激光支持爆轟波可使鋁材更充分消融。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在對(duì)于總能量相等的脈沖激光，三脈沖激光使靶材的消融汽化等一系列物理反應(yīng)進(jìn)行的更充分，其毀傷效果強(qiáng)于單脈沖激光對(duì)靶材的毀傷效果。對(duì)于三個(gè)脈沖之間的間隔大小等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)是否具有其他影響還有待研究。

參考文獻(xiàn)

[1]呂寬州，張秋慧，韓敬華.納秒激光脈沖燒蝕硅產(chǎn)生的空洞結(jié)構(gòu)[J].激光雜志，2016（06）：29-32.

[2]陳朗，魯建英，馮長(zhǎng)根.空氣中激光支持爆轟波實(shí)驗(yàn)及理論分析[J].高壓物理學(xué)報(bào)，2010（02）：154-160.

[3]楊波，朱金榮，楊雁南，沈中華，陸建，倪曉武.由激光靶沖量耦合實(shí)驗(yàn)結(jié)果判定激光支持爆轟波點(diǎn)燃閾值[J].中國(guó)激光，2007（01）：139-144

作者簡(jiǎn)介

許德政（1990-），男，廣東省汕尾市人。研究方向?yàn)榧t外輻射及探測(cè)方向。

作者單位

長(zhǎng)春理工大學(xué)理學(xué)院 吉林省長(zhǎng)春市 130000