激光在不同环境下烧蚀铝靶冲量耦合系数研究.doc

单位代码10476学号1202180110分类号TN249硕士学位论文激光在不同环境下烧蚀铝靶冲量耦合系数研究学科、专业：光学工程研究方向：激光应用申请学位类别：工学硕士申请人：郭荣基指导教师：彭玉峰教授二〇一五年五月STUDYOFTHEIMPULSECOUPLINGCOEFFICIENTINLASERABLATIONOFALUMINUMATDIFFERENTENVIRONMENTADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByGuoRongJiSupervisor:Prof.PengYufengMay201566III摘要高能聚焦激光和固体金属铝靶作用通过烧蚀固体靶材产生等离子体会使靶材料获得一定动量。在不同的环境条件下通过实验研究激光能量密度和靶材料的冲量耦合系数关系可以分析环境条件对激光烧蚀靶材冲量耦合系数的影响。在气体环境和液体环境中激光烧蚀靶材料会呈现不同规律。本文先从理论上研究了不同环境下激光和靶材作用对空气和液体中冲击波行为进行模型分析。接着实验测量不同条件下的激光烧蚀铝靶冲量耦合系数。实验测量方法为压电传感器测量传感器为自主设计的铝质探头。实验分别在气体环境和液体环境两种不同条件下进行。在气体环境下研究内容有：（1）研究标准气压下铝靶冲量耦合系数和激光能量密度关系；（2）改变气压测量相同能量密度下激光冲量耦合系数研究气压对烧蚀铝靶的影响；（3）改变激光能量密度、研究激光能量密度对烧蚀铝靶面半径的影响。在液体环境条件下主要研究内容有：（4）水层厚度一定时研究激光能量密度对铝靶冲量耦合系数的影响；（5）研究激光在液体中聚焦位置对铝靶冲量耦合系数的影响；（6）变换不同液体介质研究液体介质性质对铝靶冲量耦合系数影响。实验结果表明：气体环境中激光烧蚀铝靶在改变激光能量密度时铝靶冲量耦合系数大小会受到激光烧蚀铝靶的速率及等离子冲击波压强的影响并且存在烧蚀阈值时也会影响冲量耦合系数的数值。液体环境中激光烧蚀铝靶铝靶冲量耦合系数随激光能量密度变化趋势和空气中近似但是液体环境中冲量耦合系数要明显高于空气中。实验发现在液体水柱中聚焦位置距离靶面越远铝靶冲量耦合系数越小同时靶前靶后聚焦效果不同。最后实验还发现在一定条件下密度大的液体介质冲量耦合系数大并且冲量耦合系数还和电离程度的难易有关。关键词：环境条件；激光烧蚀；激光能量密度；铝靶冲量耦合系数ABSRTACTHighenergyimpulselaserirradiationofsolidmetaltargetcanmakethetargetgetacertainmomentum.Bystudyingtherelationshipbetweenlaserenergydensityandimpulsecouplingcoefficientoftargettheinfluenceofenvironmentalconditionsontheimpulsecouplingcoefficientcanbeanalyzed.Laserablationoftargetcanpresentdifferentlyingasandliquid.Firstlytheinteractionbetweenlaserandtargetunderdifferentconditionswastheoreticallystudiedinthispaperandthentheshockwavemodelingasandliquidwasanalyzed.Thentheimpulsecouplingcoefficientofaluminumtargetwasmeasured.Themeasurementofthisexperimentisbyusingpiezoelectricsensorwhichwasdesigneddependentlywiththematerialofaluminum.Experimentswereundertookseparatelyinbothgasandliquid.Inaga