硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

对硅p n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系,计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。

优化设计预期形状的爆炸成型弹丸

设计ＥＦＰ战斗部时，要综合考虑众多因素对ＥＦＰ性能的影响，随着计算机软、硬件技术的不断发展，计算机模拟在ＥＦＰ战斗部设计中将发挥更大的作用．将非线性优化思想引入到爆炸成型弹丸的计算机辅助设计之中，对药型罩的几何形状进行优化．优化设计了一个长径比为３，具有良好密实性的长杆状爆炸成型弹丸．

用遗传算法确定材料物态方程参数

根据实测应力历史曲线建立非线性优化模型，以确定材料物态方程参数。将全局优化性能良好的遗传算法应用于优化过程。针对２号纯铁的一维平面碰撞实验记录，用这种方法计算了铁的物态方程参数ｃ０和ｓ，并将结果同用ＢＦＧＳ算法得到的结果进行了比较。

用冲击波应力历史曲线确定材料物态方程参数

提出一种确定材料物态方程参数的新方法，即从一次平面碰撞实验中单个拉格朗日量计记录的应力历史曲线出发，建立非线性优化模型，进而确定材料的物态方程参数。计算结果表明了这种方法的有效性。还考察了权重的选取对于最后优化结果的影响。

描述光伏效应的新解析模型

对陆启生等人提出的描述光伏效应的解析模型涉及的边界条件进行了讨论 ,提出了一个适用性更宽的解析模型。通过对新模型、陆的模型以及另一个解析模型的比较 ,对前两个模型能够描述光伏型光电探测器在强光辐照时的信号饱和效应的原因进行了解释。

双谐激光场作用下SBS过程诱导的光学材料破坏

提出了光学 力学相干耦合的概念,采用非线性光学的耦合波理论,建立了高功率激光辐照下透明光学材料中相干声波的产生、演化的动力学模型。探讨了在泵浦激光场和Stokes激光场共同作用下受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性,计算了稳态情况下激光场在材料内部激发出的应力幅度,结合弹性力学,建立了透明光学材料的相干破坏阈值理论,研究了破坏阈值与Stokes光强的关系,发现在稳态下破坏阈值对Stokes光强并不敏感。分析了在实际情况下一些因素对材料破坏的影响。

后向受激布里渊散射诱导的光学材料破坏机理研究

区别于传统的受激布里渊散射(SBS)发生器和放大器,提出了一种新型的SBS模型:自供种子光模型(selfStokesseeding,SSS)。数值求解了SBS耦合波方程组,得到了SBS诱导应力的时空分布。基于SSS建立了高功率激光辐照下光学材料破坏阈值的计算模型,研究了SBS破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度的关系。研究发现,SBS作为一种破坏机制,表现为前表面破坏,且破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度均成反比。

切向气流作用下玻璃纤维复合材料的激光辐照效应

实验研究了样品表面有切向空气气流、切向氮气气流和无气流时,976nm连续激光对玻璃纤维增强E-51环氧树脂复合材料的辐照效应。结果表明:无气流时,喷出的热分解产物会对入射激光产生屏蔽作用;有气流时,激光对玻璃纤维的破坏方式是其升温熔化后再被切向气流带走;当激光功率密度较低时,切向空气气流以加强样品表面的对流冷却作用为主,不利于激光对玻璃纤维复合材料的破坏;当激光功率密度较高时,切向空气气流以降低屏蔽作用和提供氧气助燃为主,有利于激光对玻璃纤维复合材料的破坏。三种气流状态下,质量损失随功率密度呈现单调增加趋势,当入射激光功率密度在100～600W/cm2范围内,随着功率密度的增大,激光能量的利用效率逐渐增大并趋于稳定。

玻璃纤维/环氧树脂复合材料热分解动力学参数的确定

采用热重分析仪对空气和氮气气氛中的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料进行热分析,得到该材料在空气气氛中的烧蚀热为3125～3440J/g,而在氮气气氛中并未出现明显的氧化放热峰。基于阿伦纽斯形式的多步分解模型和直接解法,计算了该材料在空气气氛中的热分解动力学参数。分析表明:阿伦纽斯形式的多步分解模型能够较好地描述该材料的热分解过程;直接解法适用于计算复合材料的热分解动力学参数;确立的热分解动力学参数是正确有效的。

激光辐射下光学玻璃应力破坏的阈值理论(英文)

基于热弹理论,建立了计算光学材料激光诱导破坏阈值的解析模型。特别研究了能量阈值与激光光斑大小以及光学材料力学边界条件的依赖关系。研究表明:在材料响应情形下,光斑效应体现在光斑能量向外的弥散,而在结构响应情形下,不同的边界条件导致不同的破坏阈值与光斑直径之间的函数关系。提出了一种最优边界,使激光诱导产生的拉应力场最小。

强光辐照下主镜表面散射引起的视场内杂光分布

在强光辐照情况下,主镜表面粗糙度产生的散射是引起反射系统视场内杂散光的主要因素之一。本文针对主镜的散射,提出了一种简单的处理方法。采用双向散射分布函数(BSDF)描述散射的角分布特性,推导了平行光平行于光轴入射时主镜焦平面上的散射光强分布表达式,并将其与衍射光强分布表达式联立,得到了焦平面上以几何像点为中心,散射与衍射强度相等时的特征半径。该特征半径将焦平面上的光强分布分为两个区域,在强光辐照下这两个区域的饱和效应机理不同:特征半径以内,衍射强度大于散射强度,饱和效应主要由衍射贡献;特征半径以外,散射强度大于衍射强度,散射是该区域饱和的主要因素。仿真实验表明,对于半径为115 mm,焦距为-757 mm,入射波长为550 nm时表面粗糙度为10 nm的主镜,其特征半径约为0.843 mm,该结果与表达式计算结果相符,说明了计算表达式的正确性。

杀伤战斗部破片定向飞散特性研究

研究了钢预制破片壳体在四种装药爆轰驱动下的飞散特性。求得了使破片飞行路径呈平行型的预制破片壳体的临界半径及相应的破片初始速度。

光学材料中横向SBS的稳态分析

从非线性光学的耦合波理论出发,建立了种子光入射的窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型,并对稳态情形进行了数值模拟,得到了散射光强的二维分布。计算表明,散射光场在入射面内呈现出"局部集中"的特点,而且由于"空间压缩"效应,使得获得的最大散射光强远大于初始泵浦光强。还分析了光场及材料参数对获得的散射光强的影响,得出:入射的激光功率密度越大,光学元件的横向尺寸越长,材料的吸收系数越小,受激散射产生的散射光和弹性声波强度就越大,在材料内部引起的应力也越强,从而越有可能造成材料的破坏。

切向空气气流对激光辐照碳纤维复合材料的影响

实验研究了靶材表面存在和不存在切向空气气流时,975nm连续激光对碳纤维增强树脂基复合材料的辐照效应,发现切向气流的加载有利于激光对碳纤维复合材料的破坏。从理论上对激光辐照下碳纤维复合材料的破坏机理进行了初步分析,基于碳的氧化特性和氧化反应机理,推导了碳纤维的氧化速率方程。采用改进的光滑粒子方法,对激光辐照下复合材料树脂基热解时的3维温度场模型进行数值求解,从数值上模拟了激光对碳纤维复合材料的破坏效应,模拟结果与实验结果一致。

切向气流作用下激光对典型金属靶的辐照效应

总结了亚音速切向气流在激光辐照典型金属靶过程中所起的作用,提出气流效应主要包括增大靶与外界环境的对流换热强度;移除靶表面的熔化层,加快烧蚀速率;促进靶的氧化反应,有利于靶的烧蚀;空气动力学效应导致靶在熔化之前就可发生破裂等几个方面。对上述气流效应进行了详尽的分析,同时指出应对氧化反应及热力联合效应进行更广泛的实验研究,获得更明确的规律性认识,以便建立统一的物理数学模型,从而为实际的工程应用提供参考。

光导型碲镉汞探测器在波段外连续激光辐照下的载流子输运

利用连续波段外激光辐照光导型碲镉汞探测器.实验表明,探测器对波段外激光有响应,且存在一个特定拐点温度T0.当探测器温度T<T0时,响应电压随温度升高而增大;当T>T0时,响应电压随温度的升高而减小.研究表明,探测器胶层的热瓶颈作用会导致响应电压存在两个响应时间尺度,拐点温度由芯片掺杂浓度决定.当T<T0时,响应电压主要由随温度变化的载流子迁移率决定;当T>T0时,响应电压主要受热激发载流子的影响.

激光辐照下PV型HgCdTe探测器反常响应机理

利用PV型探测器开路电压的表达式,并考虑探测器的温度变化建立模型,对激光辐照下PV型HgCdTe探测器开路电压的变化进行了理论计算。当激光较弱时,计算结果与实验结果符合得很好。当激光较强时,对于辐照过程当中探测器输出变化的一般性趋势以及激光完全停照后的热弛豫过程,该模型也能给出较好的解释;但对于激光开始辐照时输出下跳和激光停止辐照时输出上跳的反常现象,该模型不能给出合理的解释。分析认为,该模型较好地描述了晶格温升对探测器输出的影响,但是它没有考虑热载流子效应;当激光较强时,热载流子效应不可忽略,特别是激光开始辐照和激光停止辐照时,载流子与晶格的温度差有比较明显的快速变化,从而导致了探测器的反常响应。

切向空气气流对激光烧蚀碳纤维复合材料过程的影响

研究了靶材表面存在和不存在切向空气气流时,975 nm连续激光对碳纤维增强树脂基复合材料的辐照效应。两种情况下靶材的动态响应过程明显不同,没有切向气流时,激光辐照1.28 s后,向外喷出的热分解产物在空气中燃烧,出现火焰同时伴有浓烟;有切向气流时,没有观察到带火焰和浓烟的燃烧现象,而是在激光辐照后的瞬间,激光作用区出现灼烧状亮斑,并间歇有少许颗粒向外喷出。分析认为,向外溢出的树脂基热分解产物会抑制氧气向靶材表面扩散,从而对碳纤维具有保护作用;切向气流的加载不仅会破坏热分解产物对碳纤维的保护作用,还会促使氧气到达碳纤维表面,进而导致碳纤维在较低的温度(约850℃)发生氧化烧蚀。

激光辐照下复合材料树脂基热分解3维温度场模型

采用控制体积法,从质量和能量守恒角度,推导了激光辐照下复合材料树脂基热分解时温度变化的基本方程。用多步模型描述树脂的热分解反应。提出了热分解气体的1维运动假设,这使得可以在3维情况下考虑热分解气体对流传输的影响,且在不引入力学量的前提下实现3维温度场模型的封闭。考虑到树脂基复合材料的各向异性,对部分分解材料的导热率计算公式进行了推导,并重新推导了部分分解材料对激光的吸收系数计算公式。在一定的简化下,推导的能量守恒方程与文献结果一致。

连续波激光辐照PV型HgCdTe探测器的新效应

用连续波DF激光辐照PV型HgCdTe红外探测器,得到不同辐照功率密度下,探测器响应输出的一系列实验结果,观察到器件饱和以外的如探测器混沌、探测器单极化等一些新现象,这些结果与理论预期有着较大差别。给出了实验结果的初步解释,该实验结果为今后更好地研究PV型HgCdTe探测器提供了新的线索。