强激光辐照探测器材料力学效应的解析研究

当探测器材料受激光辐照时，由于吸收激光的能量，从而在材料体内形成一个不均匀分布的温度场，由于材料是连续分布的介质，其各部分不能自由地膨胀，相互制约，从而产生热应力。一旦靶材中产生的热应力超过靶材的破坏强度，便会使材料造成永久性的损伤破坏。当辐照激光功率密度不高时，产生的热应力对靶材的破坏是一种十分重要的破坏机制。采用解析方法，研究了连续波化学激光辐照探测器材料时产生的温升及热应力，讨论了不同激光参数（ 强度、波型、波长及脉冲持续时间） 与温度变化及热应力之间的变化关系，以及造成探测器材料热应力损伤的激光强度阈值。

激光雷达信号大气衰减效应

激光雷达信号在大气中传输时 ,大气中的气体分子和大气气溶胶粒子、尘埃、雾、雨等对激光信号的吸收和散射导致光信号能量的衰减是影响激光雷达信号传输的重要因素。另外 ,由于大气密度分布不均匀导致激光沿光路上的折射 ,大气湍流效应导致光束横截面上能量分布起伏、光束扩展和漂移等 ,这些对激光雷光信号的传输产生一定的影响。本文对激光在大气中传输的各种能量衰减机制进行分析和讨论 ,为激光雷达系统的设计提供理论依据。

高功率脉冲激光产生的激波在靶材中的传播

脉冲强激光辐照固体靶材时 ,瞬间即可在靶材辐照面形成一个高温高压的等离子体层。该等离子体向外高速喷射 ,从而施于靶面一个压力极高的冲击加载 ,导致一系列向靶内传播的压缩波。随着激光的持续辐照 ,陆续传入靶内的压缩波会形成一个阵面陡峭的激波。当激光强度保持恒定时 ,施于靶面的烧蚀压力亦保持不变 ,因而此时靶内的激波阵面压力会维持一个平稳阶段。在激光与靶材作用的后期 ,由于激光功率密度减小 ,表面烧蚀压降低 ,因而将一系列稀疏波传入靶内 ,由于稀疏波以当地声速和波阵面后粒子声速之和的速度传播 ,则经过一段时间之后 ,稀疏波便赶上激波并与之迭加 ,其结果使得激波波阵面压力降低。激光激波在靶材中同样经历着增强、持续和衰减三个阶段。文中采用流体动力学模型 ,解析地描述了脉冲强激光辐照靶材时 ,激波的产生及增强、维持和衰减规律 ,给出了激波峰值压力、激波速度、激波波形的时空关系。

红外激光辐照探测器材料温升的数值计算

采用数值方法，考虑自由载流子吸收、单光子光致电离吸收和双光子光致电离吸收等激光吸收机制以及材料的光学、热学性质对温度和载流子密度的依赖性，通过求解能量输运方程以及温度扩散方程，研究了探测器材料受连续波红外激光辐照时的温升过程，讨论了材料的温升与入射激光波长、功率和辐照时间的关系。

脉冲强激光辐照半导体材料损伤效应的解析研究

研究了强激光辐照半导体材料Insb时的热输运、自由载流子输运和光子输运过程，探讨了激光对半导体材料的损伤机理。为半导体材料的辐射效应和抗辐射加固技术提供了一个理论证据。

激光等离子体的辐射与自吸收现象研究

脉冲强激光辐照固体靶材时，会迅速地在靶材表面形成一个高温高压的等离子体区域。该等离子体区域在吸收入射激光的同时，会发出很强的紫外以至ｘ 光辐射，它们与靶材有着更强的耦合。本文给出了等离子体中辐射传输的微分方程，并通过对等离子体中辐射和自吸收现象进行讨论，给出了在考虑再辐射效应时，等离子体辐射能流与等离子体参数及激光参数的关系。

多光束激光大气传输

热晕效应存在时，利用发射多个激光束可以显著地提高光束到达靶 面的光强峰值。数值模拟结果显示，比单光束到达靶面的光强提高两倍以上。

强激光与靶材相互作用的力学效应研究

:根据模拟激光源加热金属材料的实验情况 ,考虑材料的物性参数随温度的变化 ,通过求解热传导方程得到各种情况下材料的温度时空分布 ,并利用热弹性本构方程、应变 -位移关系以及应力平衡关系 ,建立了激光辐照金属材料时的轴对称热应力的计算模型 ,通过数值方法 ,得到在不同激光强度辐照时靶材内不同时刻的温升分布和热应力分布 。

高应变率加载条件下固体材料动态断裂的理论研究

本文利用—维理想弹塑性流体力学模型，通过数值方法，研究了高功率脉冲强激光辐照固体靶材时，表面烧蚀压在固体靶材中产生的激波的形成、稳定和衰减过程。并分别利用累计损伤判据和动态断裂准则，计算了铝靶中产生的层裂损伤。所得结果与国外有关数值模拟及实测结果较为一致。

强激光大气传输非线性热畸变效应的解析分析

高功率激光在大气中传输时产生的非线性热畸变效应对激光的传输形成严重的限制 ,使光束质量严重下降 ,到达靶面的光强远低于初始光强。文中分析了非线性热畸变形成的物理机制 ,从光波在大气中传输的标量波动方程以及流体动力学方程组出发 ,对稳态和瞬态的各种非线性热畸变现象进行了分析 ,给出了非线性热畸变效应与激光参数的相关性 ,获得了较为满意的结果。

激光与高Z介质耦合的参量分析

采用量纲分析方法 ,解析地描述了脉冲强激光产生等离子体的流体动力学状态 ,根据密度特征把等离子体划分成不同的区域 ,并推导出了激光等离子体参量与激光参数以及靶材参数的定标关系 ,和有关结果比较符合得较好。

连续波激光辐照光伏型探测器的光电饱和效应

从描述载流子输运的基本方程入手 ,建立了描述载流子和电场的动力学方程。利用数值方法 ,得到不同参数激光辐照探测器时的光生电动势 ,以及达到载流子饱和所需的激光阈值强度。

激光辐照高速飞行物体壳体温度的理论计算

从描述对流换热的基本微分方程组出发 ,通过边界层分析 ,给出飞行物体高速飞行时的气动加热效应与飞行参数、大气环境的关系 ,以及飞行物体高速飞行的气动加热效应对飞行物体壳体温升的影响。并结合飞行物体的飞行状态 。

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应(英文)

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用,例如,利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离,其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应,诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础。

高平均功率固体激光及其大气传输

固体激光器是一种具有重要应用背景的高功率激光器，对包括激光波长、光束发射口径、发射功率、光束质量等在内的激光器参数的选择进行了分析。研究了大气介质的光学性质、激光大气传输效应以及激光辐射与靶目标的耦合机制与耦合效率等因素的影响。相关结果表明100kW的固体激光器的综合效能可与2～3倍平均输出功率的DF化学激光器相当，这说明高平均功率固体激光器是一种具有潜在优势和良好发展前景的高功率激光器。

激光等离子体的非线性逆轫致吸收

:在激光与等离子体相互作用且激光的功率密度很高时 ,激光的强电场将使电子的热速度分布发生扭曲 ,从而改变了碰撞频率并导致吸收系数与激光强度相关 ,即出现非线性吸收。当激光强度较高时 ,非线性逆轫致吸收是对等离子体的加热起重要作用的机制。本文通过量子力学方法得出了非线性逆轫致吸收系数的公式 ,并对非线性逆轫致吸收系数进行了讨论。

高能固体激光系统设计及性能评估

近年来高能固体激光器研究及小型电源技术取得了很大的进展,使得利用电源提供能量的高能激光器在近期的应用成为可望实现的目标。但由于高能激光系统设计复杂,且造价高,需要在激光系统设计制造之前对系统性价比进行优化,并对系统性能进行评估。其中选择激光器主要考虑激光波长位于大气窗口,使得经大气传输后激光能量衰减尽可能小;光学系统设计主要考虑物理光学效应的限制及增加自适应光学系统对大气效应引起的光束畸变进行校正。大气传输与补偿模拟程序可对包括高能激光系统、激光大气传输效应等进行全程数值模拟,从而可在高能激光系统设计制造之前对系统性能进行评估,或对现有高能激光系统性能及其对靶目标的损伤效果进行评估。

大气折射率高度分布模式及其应用

光束通过大气时,由于大气密度的不均匀性使光束发生偏折,光传播的程长增加及其轨迹产生弯曲,由此造成待测目标的角位置和距离的测量误差。分析了近几年新疆戈壁地区大气参数探空数据的主要结果,给出了大气参数的平均高度分布廓线,依据光波波段的折射率公式,利用以上结果计算了该地区折射率高度分布数据,通过模式拟合给出了该地区大气折射率指数分布模式和三参数伽马分布模式。详细分析了大气压强、温度、波长等因素单独对大气折射率的影响。应用该地区的大气折射率高度分布模式对光传输的大气折射效应进行了理论分析,给出了整层激光传输的折射角、蒙气差和大气色散。以期对该地区光传输折射效应进行修正。

戈壁地区近地面大气折射率结构常数的统计分析

利用温度脉动仪对2010年4—12月库尔勒戈壁地区近地面大气折射率结构常数进行了测量,按月对测量数据进行了对数平均。根据对数平均值对日变化特征进行了分析,并对大气湍流强弱时段进行了统计。研究结果显示:戈壁地区大气湍流在日落时段较日出时段弱;日出转换时刻,均值湍流强度在10-15m-2/3以下,日落转换时刻,均值湍流强度在10-16m-2/3左右;4,6,8,9月份的近地面大气湍流强度较强,5,7,10月份居中,11,12月份较弱。

基于像散曲面微透镜的半导体激光准直研究

为了实现半导体激光器的光束准直,分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元,提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后,快轴方向剩余发散角约为0.34°,慢轴方向剩余发散角约为2.69°。结果表明,像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直,而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。