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《中国光学学会2006年学术大会论文摘要集》2006年
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功率密度对冲量耦合系数影响的研究

章玉珠  王广安  陆建  
【摘要】:激光作用在靶上,产生的等离子体冲击波对靶的反冲作用使靶获得冲量,完成激光能量向靶材的传递。激光冲量耦合系数Cm是描述单位激光能量转换动量的物理量,是衡量激光等离子体冲击波力学效应的重要物理量。研究表明冲量耦合系数同作用激光参数、靶材具体参数以及环境参数都密切相关。为了研究入射激光功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响,采用Nd:YAG激光器(波长1.06μm,脉冲能量42mJ-320mJ,脉宽10ns)作用在Cu靶上,利用冲击摆测量了冲量耦合系数(Cm)和功率密度 (I)之间的关系。实验发现在离焦量不同(Z=-9mm,Z=0mm,Z=9mm)的情况下,Cm和I或(E)的变化关系相似,在功率密度由低慢慢升高过程中,冲量耦合系数先随功率密度升高而增加,升到最大值后随功率密度增加而减小。但Z=-9mm处的最佳功率密度是1.2×109W/cm2,Z=0mm位置最佳功率密度为 9.30×109W/cm2,说明焦斑的最佳功率密度明显大于焦前。焦后由于存在焦斑位置空气击穿,没有办法计算功率密度,但Z=9mm处Cm最大时所需能量和Z=-9mm相差不多,只是Cm峰值明显低于焦前。分析激光等离子体的吸收作用和离焦量不同时激光和靶相互作用的机制,认为Cm随I的变化关系中存在最佳功率密度的原因主要是受等离子体屏蔽效应的影响。由于焦斑位置光斑面积最小,受二维稀疏波的作用最大,使得焦斑处最佳功率密度最大。当Z0以后,激光对靶的作用机制发生变化,靶受到三种力的作用:1)焦点空气发生光学击穿产生的爆轰波的反冲作用;2)在空气发生击穿前辐照到靶面的能量,以及在空气击穿过程中透过到靶面的激光能量导致靶面空气击穿,由此产生的爆轰波的反冲作用;3)质量迁移的反冲作用。由于存在焦斑位置的空气击穿,能量大部分耗散在空气中,耦合到靶上的随Z增大变少,冲量耦合系数也随之减少。所以Z=9mm时,Cm峰值明显小于其他两个位置。

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