激光诱导等离子体光学诊断方法研究综述

激光诱导等离子体是多种工业应用领域的研究热点,然而到目前为止人们对其基本物理过程的认识仍不完善。为此,综述了当前常用的激光诱导等离子体的光学诊断方法,从自辐射探测、关键参数计算、空间折射率分布等角度,分别从原理和技术方面介绍了基于ICCD和条纹相机的可见光快速照相、发射光谱分析、激光阴影/纹影成像、激光干涉、以及汤姆逊散射等方法,并比较了不同诊断方法的优缺点。结合激光诱导等离子体自身的特点,分别指出了使用不同诊断方法时值得注意的地方,以及使用激光阴影、纹影和干涉成像时对激光探针参数的选择依据。给出了几种实验诊断方法的典型结果,并进行了结果的分析与讨论。结果表明:快速照相技术有助于获得直观的等离子体演化图像,而可见光谱诊断则可较为方便的定量获得等离子体特征参数;通过使用激光探针了等离子体的折射率场,有助于进一步分析其空间密度分布;而发展汤姆逊散射诊断技术,则能够获得更为准确和丰富的等离子体微观信息。需要注意的是,当利用可见光谱诊断技术计算分析等离子体参数时,要考虑特定时空环境下等离子体热平衡态的影响;使用激光探针诊断等离子体的折射率场时,要根据具体的等离子体对象选择合适的激光波长、能量、脉宽等探针参数。在未来的研究中,通过综合运用快速照相、空间光谱诊断和激光探针技术,可望进一步深入掌握等离子体中多组分粒子行为以及微观热平衡态的时空演化关系。

轴向入射激光束触发空气间隙击穿的试验研究

面向激光触发技术在电力系统中用于空气间隙同步触发的应用,基于沿电极轴向入射的1 064 nm、20 ns脉冲激光,系统研究了其触发68 k V空气间隙的触发性能,掌握了不同间隙电压时激光能量和焦点位置对触发性能的影响规律,并利用ICCD快速照相观察等离子体及放电通道的演变过程。结果表明,激光轴向入射时,提高激光能量和工作电压均能有效地降低触发的延时与抖动;当改变激光焦点位置时,焦点越靠近负高压电极其延时与抖动越小;斜向入射的激光束触发性能不及轴向正入射的激光束。因此,激光烧蚀电极产生的等离子体以及激光在空气中形成的电离通道,对诱导空气间隙击穿都具有显著的影响。