三脉冲激光支持爆轰波打孔实验

摘 要 激光支持爆轰波在航天推进，激光微加工等领域具有广泛的应用前景。本文通过改进调Q技术，在一次氙灯泵浦的时间内输出3个强脉冲，对铝靶材进行打孔实验.研究结果表明：三脉冲激光对铝材料烧蚀，产生空洞结构，材料在三脉冲激光产生的爆轰波作用下被充分消融并向空洞结构四周扩散，沉积。

【关键词】三脉冲激光 激光支持爆轰波 等离子体

1 引言

激光支持爆轰波是激光与物质相互作用的一个重要现象，在激光微加工，航天推进等领域具有广泛的应用前景。例如航天材料的固化加工，激光推进等。激光与物质作用产生激光支持爆轰波包含一系列复杂的物理变化过程。由于激光支持爆轰波的产生条件对激光功率要求较高，所以研究一种新的激光支持爆轰波产生方案对推进该方向的研究具有重大的现实意义。

2 三脉冲激光支持爆轰波理论分析

传统的激光毁伤是利用单脉冲激光的能量直接作用到毁伤目标上，目标的毁坏程度完全取决于激光能量的大小。而本文提出了一种新的激光毁伤内涵，即利用前一个激光脉冲在被攻击目标表面处形成的等离子体为后续的脉冲激光储能，在后续脉冲激光的作用下等离子体体积逐渐被放大，进而储能的潜力逐渐增加。当等离子体的储能达到爆轰阈值时，激光支持爆轰波瞬间生成，由此产生的等离子爆炸对被攻击目标形成巨大的高温、高压冲击力，从而能够实现毁伤目标的目的。多级串联激光支持爆轰波毁伤靶材方案如图1所示。该方案主要包括激光系统、聚焦光学系统和检测系统等三部分组成。

3 三脉冲激光实验过程

本文采用的纳秒激光器及实验平台。包括一级放大三脉冲YAG激光器，激光聚焦镜组，打孔平台。其中激光器为学院自制，激光系统如图2所示，该系统由本振激光器和一级激光放大系统组成， 通过改进调Q部分的电路以及延长氙灯的工作时间。使得激光器可以输出两种模式的调Q激光以下是激光器的输出参数：波长1064nm，脉宽25ns 能量输出≤5%。能量调节方式为电压调节，激光输出模式有两种，一种的单脉冲输出；一种是三脉冲输出，三脉冲间隔为65us 70us 90us。激光能量计型号Energy Max激光能量探头为材料表面形貌采用蔡司Libra 120扫描电镜进行分析。

激光打孔实验：

激光经聚焦后的光束对靶材进行打孔实验。光束聚焦后的光斑大小为130um。对于实验所得靶材表面形貌进行电镜扫描后如图3所示。

图中分别是单次输出能量大小为800mj的三脉冲激光与单脉冲激光对铝材进行5次轰击后的铝材表面形貌图。

4 结论

通过实验，证明三脉冲激光支持爆轰波的产生方案可行，研究了在作用次数为5次时，单次输出能量为800mj的单脉冲激光与三脉冲激光对铝板的打孔过程。首先以铝板的激光支持爆轰波点燃阈值为基础条件，以理论触发阈值与声波检测证明激光支持爆轰波的产生。在通过电镜分析实验所得靶材的表面形貌。得到三脉冲激光产生的深孔结构附近具有更多的金属碎屑，以及层状的堆叠结构。表明三脉冲激光支持爆轰波可使铝材更充分消融。实验结果表明在对于总能量相等的脉冲激光，三脉冲激光使靶材的消融汽化等一系列物理反应进行的更充分，其毁伤效果强于单脉冲激光对靶材的毁伤效果。对于三个脉冲之间的间隔大小等因素对实验是否具有其他影响还有待研究。

参考文献

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作者簡介

许德政（1990-），男，广东省汕尾市人。研究方向为红外辐射及探测方向。

作者单位

长春理工大学理学院 吉林省长春市 130000