聚焦和环境参数对激光等离子体冲击波力学效应影响的研究

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本文从理论和实验两方面研究了激光聚焦参量、环境参量和靶参量对激光与靶相互作用产生的激光等离子体冲击波力学效应和声波效应的影响。主要内容如下:分析了离焦量对激光等离子体冲击波力学效应的影响,提出功率密度变化是负离焦量时冲量耦合系数变化的主要原因,正离焦量时由于冲击波的反射和碰撞的效应导致出现一个冲量耦合系数上升的扰动;研究了入射激光功率密度对激光等离子体冲击波力学效应的影响,实验结果表明在激光功率密度较低的情况下,功率密度对激光等离子体冲击波的影响遵循激光等离子体冲击波基本理论,冲量耦合系数先随入射激光功率密度增大而增大,当激光功率密度升至某一临界值后,发生激光等离子体屏蔽效应,冲量耦合系数反随入射激光功率密度增大而迅速下降。并且在不同离焦量时冲量耦合系数对应不同最佳入射激光功率密度。分析了激光等离子体屏蔽和稀疏波对激光等离子体冲击波力学效应的影响,得到并验证了不同入射激光能量下冲量耦合系数随离焦量变化的规律、不同入射激光功率密度下冲量耦合系数随光斑直径的变化规律;研究了环境气压对激光等离子体冲击波力学效应的影响,得出气压对激光等离子体冲击波力学效应的影响和靶所处离焦量有重要联系的结论。分析研究了靶材料、靶面积、靶结构对激光等离子体冲击波力学效应的影响,提出对激光等离子体冲击波轴向约束和侧向约束的合理选择能更有效的提高激光对靶的冲量耦合效果,提出由于激光等离子体冲击波在靶边缘的绕射现象以及空气阻力的影响必须合理选择靶材面积。论文还分析研究了激光等离子体声波和激光等离子体冲击波力学效应的关系,提出了利用激光等离子体声波特征量判断激光等离子体冲击波力学效应的方法。本文研究结果对优化利用激光等离子体冲击波冲击波力学效应提供理论和实验依据,对激光推进、激光加工等领域研究有重要参考价值。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
1 绪论第11-24页
    1.1 研究背景第11页
    1.2 研究意义第11-12页
    1.3 研究进展第12-23页
        1.3.1 激光等离子体研究进展第13-14页
        1.3.2 激光等离子体冲击波研究进展第14-15页
        1.3.3 激光对靶冲量动量传递研究进展第15-20页
        1.3.4 激光推进的研究进展第20-23页
    1.4 本文的主要研究工作第23-24页
2 激光等离子体冲击波力学效应理论基础第24-35页
    2.1 激光等离子体第24-29页
        2.1.1 激光等离子体的产生第24-26页
        2.1.2 激光等离子体的点燃时间第26-29页
    2.2 激光等离子体冲击波第29-33页
        2.2.1 激光支持的爆轰波(LSDW)第29-31页
        2.2.2 激光对靶的冲量传递第31-33页
    2.3 激光等离子体冲击波力学效应的主要物理量第33-34页
    2.4 本章小结第34-35页
3 离焦量与入射激光功率密度对激光等离子体冲击波力学效应的影响第35-49页
    3.1 引言第35页
    3.2 离焦量定义及对入射激光功率密度的影响第35-36页
    3.3 离焦量对激光等离子体冲击波力学效应的影响第36-39页
        3.3.1 负离焦量第36-37页
        3.3.2 正离焦量第37-39页
    3.4 离焦量对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第39-45页
        3.4.1 实验装置与原理第39-41页
        3.4.2 实验结果与讨论第41-44页
        3.4.3 实验结论第44-45页
    3.5 入射激光功率密度对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第45-48页
        3.5.1 实验结果第45-47页
        3.5.2 讨论第47页
        3.5.3 实验结论第47-48页
    3.6 本章小结第48-49页
4 等离子体屏蔽和稀疏波对激光等离子体冲击波力学效应影响的研究第49-58页
    4.1 引言第49-50页
    4.2 等离子体屏蔽和稀疏波对激光等离子体冲击波力学效应的影响第50-53页
        4.2.1 等离子体屏蔽对激光等离子体冲击波力学效应的影响第50-52页
        4.2.2 稀疏波对激光等离子体冲击波力学效应影响第52-53页
    4.3 等离子体屏蔽和稀疏波对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第53-57页
        4.3.1 实验结果第54-56页
        4.3.2 分析和讨论第56-57页
        4.3.3 实验结论第57页
    4.4 本章小结第57-58页
5 大气压强对激光等离子体冲击波力学效应影响的研究第58-64页
    5.1 引言第58页
    5.2 大气压强对激光等离子体冲击波力学效应的影响第58-60页
        5.2.1 压强对激光等离子体冲击波力学效应的影响第58-59页
        5.2.2 压强对激光等离子体屏蔽的影响第59-60页
    5.3 气压对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第60-63页
        5.3.1 结果和讨论第60-63页
        5.3.2 实验结论第63页
    5.4 本章小结第63-64页
6 靶参数对激光等离子体冲击波力学效应影响的研究第64-78页
    6.1 引言第64-65页
    6.2 靶参数对激光等离子体冲击波力学效应的影响第65-68页
        6.2.1 靶材料对激光等离子体冲击波力学效应的影响第65-66页
        6.2.2 靶面积对激光等离子体冲击波力学效应的影响第66-67页
        6.2.3 靶结构对激光等离子体冲击波力学效应的影响第67-68页
    6.3 靶材料对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第68-69页
        6.3.1 实验结果与讨论第68-69页
        6.3.2 实验结论第69页
    6.4 靶结构对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第69-73页
        6.4.1 实验结果与讨论第69-73页
        6.4.2 实验结论第73页
    6.5 靶面积对激光等离子体冲击波力学效应影响的实验研究第73-77页
        6.5.1 实验结果第73-75页
        6.5.2 讨论第75-77页
        6.5.3 实验结论第77页
    6.6 本章小结第77-78页
7 激光等离子体冲击波力学效应的声学检测第78-91页
    7.1 激光等离子体声波基本理论第79-81页
        7.1.1 激光等离子体声波的特征第79页
        7.1.2 激光等离子体声波基本关系式第79-81页
    7.2 声波法检测激光等离子体冲击波力学效应实验第81-85页
        7.2.1 实验装置和实验方法第81页
        7.2.2 实验结果与讨论第81-85页
    7.3 激光等离子体声波频谱分析第85-90页
        7.3.1 不同离焦量激光等离子体声波频谱第86-87页
        7.3.2 不同材料激光等离子体声波第87-88页
        7.3.3 不同入射激光能量激光等离子体频谱第88页
        7.3.4 讨论第88-90页
    7.4 本章小结第90-91页
8 总结与展望第91-93页
    8.1 总结第91-92页
    8.2 本文创新点第92页
    8.3 研究展望第92-93页
致谢第93-94页
参考文献第94-106页
攻读博士期间发表论文第106页
攻读博士期间参与的科研项目第106页
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论文编号ABS1918078,这篇论文共106页
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