激光脉冲和放电脉冲产生冲击波的研究

　　激光技术LASER激光脉冲和放电脉冲产生冲击波的研究，生曹f刘迅曾传相西南技术物理研宄所。成都。610041大学光电科学技术系。成都，610064明。这种新方法显着改善了先前的仅用激光脉冲产生冲击波的技术。

　　当高功率激光在空气中同靶相互作用时，靶面会强烈快速膨胀蒸发，甚至靶前面的气体会被击穿，在此过程中会有多种物理因素对靶产生强烈冲击，在靶内产生强的冲击波。在适当条件下以足够高功率密度的脉冲激光照射金属靶材料有可能产生⑴以上的极高强度激光脉冲辐照靶己成为在材料中产生强冲击波的重要手段，并在材料的检测改性破坏冲击波化学研充及与材料的高压状态方程有关的许多研宄领域中得到重要应用。

　　同样，当空气中对电极间产生强的脉冲放电击穿时，放电过程中许多因素亦会对祀电极产生强烈冲击，迮其内产生强的冲击波，由于上述两种在靶中产生冲击波的方法在物理机制上有许多共同点，我们提出将高功率激光脉冲与强电流放电脉冲结合在起，共同对金属塍电极产生强冲击作用，从而在耙中产生比激光脉冲或放电脉冲笮独作⑴更强的冲击波1方案的提出及分析i.i高功率激光脉冲对金属靶的作用将高功光脉冲聚焦于金属靶面时。激光所照射处可达到根大的功率密度，并将对耙产生如下几方面的作用激光光压的作用。若激光作用点的光功率密度光强为，则其在光照处产生的光压户=1+，其中，为光速，厂为祀面光照处对光的反射率。若将高能巨脉冲聚焦作用于祀，由于焦斑处光强可达到极高的数值，脉冲光压值会非常大。对般的高功率激光脉冲而言，其光压对靶的冲击作用常可忽略。例如，若焦斑处光强=10评切12，光压只有1个大气压。

　　杰弹性出力的作取激光脉冲照射处的薄靶层竹先吸收光脉冲的前部变成热能而在小区域中快速集结，这种能量不能通过热传导而快速疏散，从而造成该小薄层的体积迅速膨胀，对其周围区域造成挤压冲击，在靶中出现热弹性波蒸气反冲力的作用。激光脉冲使所照射处加热熔化后，部分材料从面上高速蒸发，由于反冲作用，这种蒸气将对靶产生强的冲击九从而在靶中产生冲击波1激光脉冲引发与维持的爆炸作用。由于激光脉冲非常强，当其功率密度达到某阈值后，激光所照射粑面附近的蒸气和空气将被后续激光热离化强电场离化而成为等离子体并不断被后续激光脉冲加热。这种高温高压等离子体对激光是近乎不透明的，从而对靶面产生光屏蔽作用。由于激光脉冲能量主要被这种等离子体所吸收，导致靶面附近气体瞬时击穿，伴随着强烈的闪光与爆炸声。这种激光维持的爆炸10波的迅猛膨胀，必将对靶产1强的冲击作用。1波常常是激光脉冲在靶中产生强冲击波的主导因素1 1.2直流放电脉冲对金属靶的作用当金属靶与另电极间产生直流脉冲放电时，有多种因素会对靶产生冲击力口。1极间介质被电离击穿时的冲击压力。当极间介质被电离击穿后，在极间先形成条细小的放电迪道。山于高1斜41的相互碰掎。侦其温度积聚到以上，并产生叵火压力。边使放电通道迅速扩张，从而产生强烈的冲击波。此冲击力的大小正比于放电通道中等离子体的电荷密度。2带电粒子对靶的冲击力。放电时，不仅放电通道有个很高的压力，而且正负带电粒子在电场作用下将以很高的速率分别冲击阴极和阳极面，形成个巨大的冲击压力。

　　3电极材料在抛出时产生的压力。在电极面局部受热而迅速熔化和汽化时，由于整个过程十分短促，电极材料的抛出具有爆炸性特点，从而会对电极产生巨大的反向冲击力，在靶内产带中心孔的金属电极，两电极间连接个高压小电容供给脉冲放电所需能量。当调巨脉冲穿过电极中心孔入射到金属靶面上时，它方面由于前述机构对革巴产生另。施。它，前面产生的，1体电离H.，引发直流脉冲放电。因此，激光脉冲和放电脉冲同1十对把产生泣。作用，在祀内形成比赛独由激光脉冲或放电脉冲作用乜强的冲击波。，2试验装直与结果试验装置，为，开关钱玻璃激光器为焦距5的会聚透镜1为带中心孔的金属电极，2是金属靶电极，2为压电压力换能器，为高压电容；为充电电阻；脉宽为20批，峰值功率可达5001.激光脉冲由焦距为5，1的透镜1聚焦，通过带中心孔的铝板电极，1照射到金属靶面。靶为2，厚的铝片，在其背面正对激光照射处安装，7丁压电压力换能器设，它与靶间用石蜡作过渡层。用此换能器检测靶内产生冲击波的强度，其信号在波器84312上显，并照相记录。个高压小电容02；3，连接在电极，1和靶，2之间，由可调高压直流电源通过充电电阻尺向它充电，5通过改变电容上的充电电压来改变电容储能，从而改变放电脉冲能量。试验中，2之间间距选择为充电电压不能将其间的空气击穿的长度上，由激光脉冲在靶前面产生的电离电荷来引发放电脉冲。显然，放电脉冲的产生及其在耙面的作用部位，由激光脉冲所控制。

　　为检测直流放电脉冲对耙中产生冲击波所起的作用，试验中将激光脉冲保持某固定值，通过改变放电脉冲的能量，观察靶中所产生冲击波峰值强度中所产生冲击波峰值强度与放电脉冲能量的关系。

　　试验中靶接电源正极，电极间距为3当改变电极的极性时，结果变化不大。

　　从2可看出，试验曲线不是条直线，放电脉冲能量较小时靶中冲击波强度随脉冲能量增长较慢。这是由于放电脉冲能量较小时，不仅供给放电通道的能量较少，而且两电极间所加电压厂也较低7工。低电压对放电区等离子体的密度及膨胀对带电粒子撞击电极对放电脉冲宽度等因素3结束语试验明，将调9激光脉冲与直流放电脉冲有机地结合在起，是种利用其综合作用在金属靶中产生强冲击波的有效方法，它比单独用激光脉冲或放电脉冲在靶中产生冲击波更为优越。由于此方法所涉及的因素较多，有待在理论与试验上作进步研宄。

　　AP，1979；503149715025李明辉。电火花加工理论基础。北京国防工业出版社，1989149，154作者简介姚兵，男，1972年1月出生。工程师。主要从事激光技术研究工作。