入射频率对高功率微波与等离子体相互作用的影响分析

通过建立等离子体中的波动方程、电子传递方程和重物质传递方程,研究了等离子体对高功率微波传输特性的影响。研究了高功率微波与等离子体相互作用中产生的电子密度和透射电场的变化过程,并重点分析了变化过程中入射波频率产生的影响。研究结果表明,在相互作用过程中,等离子体中的电子密度和透射电场在一定条件下会发生阶跃变化,即等离子体区域平均电子数密度会在极短的时间内由1×10~9m^(-3)增加到1×10^(19)m^(-3),平均电场强度也会由初始场强跃变为零,并且这种变化的产生存在一定的入射阈值场强和最低产生时间。当入射电磁波的频率不同时,产生阶跃变化所需的场强阈值和最低产生时间就会变得不同,高功率微波与等离子体相互作用中存在一定的色散效应。在所考虑的范围内,阈值场强随入射波频率线性增长,而最低产生时间随电磁波频率呈非线性增长变化。

等离子体与高功率微波相互作用中电子分布特性

电子数密度是表征等离子体物理特性的一项重要因素,在等离子体与高功率微波的相互作用中,等离子体对入射电磁波的吸收、衰减和屏蔽等电磁特性可通过电子数密度的变化进行表征。基于等离子体流体近似研究方法,利用COMSOL软件求解等离子体中的波动方程、电子传递方程和重粒子传递方程,计算分析了等离子体与高功率微波相互作用中的电子分布特性,重点分析了相互作用中平均电子数密度和平均电子能的数值和空间分布变化过程。研究表明,在高功率微波作用下,等离子体区域电子数密度在数值上会产生剧烈的阶跃变化,形成雪崩效应,在空间分布上电子数密度峰值产生趋于入射方向移动的变化;电子能的变化与入射波激励和电子数密度相关,随入射激励增加呈增长趋势,随电子数密度的增加而减小。

不同熔透状态下高功率CO_2激光堆焊光致等离子体特征分析

提出了一种适用于高功率CO2激光焊缝熔透状态的在线监测方法,设计了不同熔透状态的高功率CO2激光堆焊焊接试验,采用高速摄影技术获取焊接过程中连续变化的光致等离子体图像,编程实现基于最大类间方差的图像分割,计算了光致等离子的高度、底部宽度和面积,得到了特征参数的概率密度分布图和变异系数,并分析了光致等离子体面积的频谱特征.结果表明:在焊缝未熔透时,光致等离子体的高度和面积均显著大于熔透状态时;焊缝未熔透状态的光致等离子体的面积波动频率约为400 Hz.

靶蒸气等离子体对高功率激光的反射效应

置于真空靶室中的金属靶 ( Fe) ,在高功率激光作用下产生的高密度等离子体 ,对入射激光有较强的受激布里渊散射效应。这种逆着入射激光方向的散射光 ,在5× 1 0 1 1 W/cm2 的激光功率密度作用下 ,后向散射能量是 0 .1 6 J。这种后向散射光 (反射 ) ,在激光器系统不加光学隔离的情况下 ,又反馈回来 ,使激光器某单元形成激光振荡 ,在激光器高功率单脉冲输出之后 ,又产生很强的自由振荡激光输出 。

高功率激光与材料相互作用机理研究进展

本文综述了高功率激光和材料相互作用物理机理研究现状和存在问题．着重阐述了笔者在这方面已进行的理论和实验工作，并指出了本方向可继续进行的研究工作。

高功率激光系统空间滤波小孔等离子体特性

为解决高功率固体激光系统空间滤波小孔堵孔问题,针对空间滤波小孔中的等离子体溅射现象,对等离子体扩散1维分布模型进行了分析。分别对铝、金和碳等3种典型材料1维分布情况及扩散速度进行了数值模拟,得到等离子体扩散速度大约为107cm/s。根据模拟计算结果,分析了神光Ⅲ原型装置助推放大级的堵孔风险,结果表明,在长脉冲情况下等离子体溅射造成的影响不可忽略。

高功率激光-MAG复合焊接成形稳定性

采用激光-MAG(Metal active gas arc welding)复合焊接工艺,以焊缝表面成形、焊缝纵截面形貌和熔深波动程度为工艺稳定性评价依据,借助高速摄像系统和图像处理方法,对焊接过程中飞溅和等离子体两种关键过程信息进行特征识别和定量化表征,系统地研究激光功率从5 kW提高到30 kW时,焊接过程关键特征信息与焊接过程稳定性之间的关系。结果表明,随着激光功率的增加,焊缝表面成形出现周期性“上凸-下凹”现象,焊缝内部裂纹和熔深变化特征也随之周期性变化;等离子体面积和飞溅面积均随激光功率的提高呈增加趋势,且两者波动程度和熔深波动程度均呈正相关;等离子体面积增加会导致激光传输过程中能量衰减程度的加剧,使焊缝熔深增加趋势逐渐变缓,其波动程度是影响焊接过程稳定性的关键因素之一。

强激光等离子体有关物理量的声学测量

利用强激光与材料 (铝靶 )相互作用过程中产生的激光等离子体声波对激光等离子体的有关物理量进行了测量。其结果与采用其它方法得到的结果基本吻合。

《强激光与粒子束》“高电压放电与等离子体”专题征稿启事

《强激光与粒子束》一直关注高电压电气绝缘、高压放电现象、等离子体应用方面的相关研究,已刊发较多有影响力的研究论文,为相关方向的学术交流、研究探讨提供很好的平台。近年来,高电压与放电等离子体方向受到越来越多的学者关注,高电压技术、脉冲功率和等离子体代表了高电压放电与等离子体应用研究方向的三大基础领域。为进一步促进相关领域对高电压与放电等离子体的认识和关注,增进交流并形成新的学科交叉研究和应用,《强激光与粒子束》特邀中国科学院电工研究所邵涛研究员为期刊专题主编,组织出版"高电压放电与等离子体"专题(预计2021年上半年出版),诚邀从高电压放电与等离子体方面研究的相关学者、研究人员及专业人士投稿。

迅速发展中的激光等离子体物理

简介了激光等离子体物理的发展与现状.

高温等离子体兆高斯脉冲磁场探测

在充分考虑高温等离子体脉冲磁场测量中磁场强度高、梯度分布大、辐射干扰严重和测量环境恶劣等问题的基础上,设计了一种用于高温等离子体兆高斯脉冲磁场探测的磁探针,可成功获取高温等离子体附近区域的脉冲磁场信号,为判断高温等离子体的状态及其演化过程提供测量信息。

对模拟年轻恒星喷流具有潜在应用的由强激光产生的等离子体喷流（英文）

利用"神光Ⅱ"激光装置的两束激光烧蚀半圆柱壳层靶产生了高速等离子体喷流。喷流的参数由光学和X射线诊断测量。喷流是准直的,在真空中传播。一维流体力学模拟被用来间接地计算喷流的速度。喷流的准直可能来源于高Z等离子体的辐射冷却。由于和年轻恒星喷流具有某些几何相似性,实验室喷流对于在实验室中模拟年轻恒星喷流具有潜在应用。

超短超强激光在稀薄等离子体中的自聚焦传输

开展超短超强激光与次稠密等离子体相互作用实验,采用探针光对激光等离子体相互作用区域进行阴影成像,研究了不同激光功率与临界功率比值及不同激光脉冲长度与等离子体波波长比值下的激光在次稠密等离子体中的自聚焦传输。结果表明:相对论效应是超短脉冲在次稠密等离子体中的主要自聚焦机制,激光功率与临界功率比值是影响超短脉冲在次稠密等离子体中形成自聚焦的关键条件。

高功率准分子激光装置靶区系统研制

靶区系统是大型激光实验平台的关键组成部分,是利用高功率激光开展科学实验必须具备的硬件条件。本文介绍了激光与物质相互作用国家重点实验室高功率XeCl准分子激光装置靶区系统的研制工作以及近期应用工作,首先基于研究需求和高功率准分子激光装置的输出参数进行了分析和数值模拟,确定了系统功能要求和技术指标;然后介绍了真空靶室系统、激光聚焦光学系统、靶定位与光束引导系统、靶前激光参数在线测量系统以及多台套物理诊断设备的工程研制工作;最后介绍了近期基于该实验系统开展的代表性应用工作。

碰撞效应对超强激光与高密度碳薄膜靶相互作用中快电子输运的影响(英文)

在激光驱动粒子加速和快点火背景下,用带碰撞模块的1维粒子模拟程序,研究了高功率亚ps激光与高密度(近固体密度)碳薄膜靶相互作用中的碰撞效应。研究表明,通过和无碰撞粒子模拟结果的比对,在早期瞬态时段,碰撞效应通过慢化提供电阻加热的回流对快电子产生和输运起重要作用。定性上,碰撞效应还减少快电子的产额和最大能,抑制能量输运。然而,在加热后期当往返运动成为主要输运机制时,有碰撞和无碰撞两种情况的差别减小。

激光等离子体3ω_0/2谐波发射与动态自聚焦过程的关联性研究

在激光直接驱动核聚变研究领域,近年来人们探讨较多的话题之一是靶面均匀照明的重要性。目前应用三种典型的均匀照明方法:非相干法(ISI)、无规位相法(RPP)和蝇眼透镜列阵法。在实验中几乎都可减少引发激光自聚细丝的机会,从而取得了明显抑制多种参量不稳定性过程,提高其宏观阈值的好结果。然而,激光自聚焦过程以何种方式与冕区参量不稳定过程发生关联,并在何种程度上影响这些相互作用过程?这是人们迄今为止尚未从实验上作深入、细致地探索和研究的问题。

等离子体光学的研究现状与发展前景

等离子体介质由于具有极高的储能密度、无光致损伤阈值和丰富的光学特性,利用它改善光束输出性能是发展高功率激光技术的一条重要技术路线。系统介绍了近年来等离子体光学的研究现状,并论述了今后等离子体光学的发展趋势。

高功率YAG激光作用于金属靶的力学响应

在本文中首先分析了激光和靶材相互作用过程中等离子体形成、靶表面压力产生和靶冲量传递，并应用一低能量高功率１．０６μｍＹＡＧ激光作用于不同靶材表面，采用摆偏技术测量了靶表面的位移，获得了不同条件下的靶冲量和冲量耦合系数。

利用X射线激光诊断等离子体射流现象

射流是自然界中的一种普遍现象。在惯性约束聚变（ICF）、天体物理的研究中，射流也是其中重要的过程，对射流的研究是相关领域中的重要研究内容之一。在实验室，利用高功率激光模拟相应的射流过程，并进行实验诊断，获得的结果对ICF的理论研究以及校验相关程序，具有重要价值。