脉冲激光导致水光学击穿阈值计算的简化模型

通过对自由电子密度速率方程的简化,得到了计算光学击穿阈值的解析式。将计算结果与波长分别在可见光和近红外波段,脉宽分别为纳秒、皮秒和飞秒的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中实验测量的击穿阈值做了比较,吻合较好。对于纳秒激光脉冲,在纯净水中多光子电离提供初始电子,随后雪崩电离很快在电离的过程中占主导地位。对于短脉冲,多光子电离作用显得尤为重要,并且在击穿的过程中复合损失和碰撞损失对击穿阈值的影响逐渐消失。

光学击穿的声响效应

光学击穿主要包括四种效应，即闪光效应，声响效应，溅射效应，以及穴蚀效应。本文主要对光学击穿中的声响效应进行讨论。

空气光学击穿的光线追踪模型

为了探讨激光与物质的相互作用规律,利用光线追踪法,建立了一种空气光学击穿模型,根据光线在网格中的传播路径信息,运用辐射输运方程,得到流场的功率密度分布,模拟了空气的光学击穿过程。针对透镜聚焦情形,使用不同的计算网格和光路对模型进行了验证,计算得到的空气击穿等离子体流场爆轰波的形成和演化过程,与实验结果基本一致。结果表明:当焦平面处的艾里斑半径比该处网格尺寸大得多时,模型对计算网格的依赖性比较小;击穿区域的温度必须高于14000K,否则不能沉积能量。

光学击穿时闪光点的念球现象

气态、液态以及固态介质的光学击穿，都出现闪光现象，其结构是念球形的。

铝靶表面及附近空气光学击穿研究

该文分析了调Q激光引诱铝靶表面及附近空气光学击穿的物理机理,并利用马赫干涉仪和光学延迟装置探测了在这一过程中产生的等离子体和冲击波,获得了序列多幅的等离子体及冲击波产生和发展的马赫干涉图,并讨论了靶表面空气击穿的起因。

飞秒激光致双液滴光学击穿和等离子体分布研究

为了研究超短激光脉冲与双液滴相互作用过程中的光学击穿和等离子体分布,基于麦克斯韦方程组和电离速率方程,构建了飞秒激光与双液滴的瞬态耦合模型,使用有限元分析方法,对飞秒激光辐照微米量级双液滴的自由电子密度和光场分布进行了计算,得到了双液滴结构对液滴光学击穿和等离子体变化的影响。结果表明,第2个液滴的击穿阈值约为同等条件下单液滴击穿阈值的35%;等离子体的形态和击穿点的位置随双液滴间距发生变化,且在聚焦区域产生纳米等离子体射流;第2个液滴对激光能量的吸收随着双液滴间距的增加而减少;当分别使用满足击穿阈值的光强入射,双液滴吸收的能量约为单液滴的3%;第2个液滴对激光能量的吸收随光强增大而增大,能量吸收比例最终趋于0.01,仅为单液滴的1.5%。该研究为激光诱导水击穿和激光在大气中的传输提供了一定的参考。

透明介质光学击穿的理论与数值计算

以石英玻璃为例,计算了导带电子光吸收速率、雪崩击穿速率和光致电离速率,发展了雪崩击穿模型,建立了激光-石英玻璃相互作用的动态理论,并用fortran语言编程求解了耦合方程组。研究表明,在400nm激光作用下,当样品表面形成等离子体时,激光局域在样品表面而不是迅速下降。我们以能量沉积为标准计算了材料破坏阈值与脉冲宽度的依赖关系,理论结果与实验符合得很好。结果表明,即使在可见光的飞秒激光作用下,碰撞电离仍是导带电子产生的主要机制。

在单频激光辐射作用下,玻璃光学击穿阀的时间关系研究

在辐射聚焦成０．５－２０μｍ不同直径光斑的情况下，对ＫＳ玻璃的光学击穿阈与激光辐射脉冲持续时间的关系进行了测定。

受激布里渊散射介质光学击穿的研究

研究了介质所含杂质悬浮颗粒的大小和介质本身化学结构特性对光学击穿阈值的影响.实验结果表明,随着介质所含杂质悬浮颗粒的变小,其光学击穿阈值先是缓慢增大之后(颗粒直径小于0·22μm)迅速增大.通过净化介质可提高光学击穿阈值,进而提高相位共轭保真度、能量反射率及其稳定度等SBS特性.分子中外层原子对内部化学键的保护作用越好,外层原子的电离能越高,价电子数目越少,介质光学击穿阈值就越高.

光学击穿对受激布里渊散射特性的影响

把雪崩电离模型引入受激布里渊散射模型中,数值模拟了无光学击穿和有光学击穿时受激布里渊散射能量反射率随输入光功率密度的变化规律.实验上选取净化和未净化的CCl4作为散射介质,在NdYAG调Q激光系统中进行了验证,理论与实验符合得很好.结果表明当无光学击穿时,随着输入光功率密度的增大,能量反射率先是非线性增大,然后缓慢增大趋于饱和;而当有光学击穿时,随着输入光功率密度的增大,能量反射率先是非线性增大,达到最高值之后开始下降,最终趋于零.无光学击穿时的能量反射率及其稳定度明显高于有光学击穿时的情况.

光学击穿对宽带受激布里渊散射及受激拉曼散射特性的影响

实验上分析了在多模激光抽运的条件下,水中宽带受激布里渊散射(WSBS)及前向受激拉曼散射(FSRS)产生的物理机制及二者之间能量变化的关系。实验结果表明,在多模激光抽运过程中,WSBS能量与FSRS能量处于不断变化的状态。聚焦长度较短或抽运光能量相对较低时,WSBS在散射过程中占据主导地位;随着聚焦长度和抽运光能量的增加以及光学击穿的产生,FSRS在散射过程中逐渐占据优势。

杂质颗粒对受激布里渊散射介质光学击穿阈值影响的研究

建立了受激布里渊散射介质中热作用破坏的物理模型,数值模拟了杂质颗粒的温度随其半径的变化曲线.结果显示,杂质颗粒存在一个最大热作用半径,介质所含颗粒的尺寸在此半径附近时,介质最容易发生光学击穿现象,其光学击穿阈值最低.在Continuum Nd:YAG种子注入式激光系统中,选取FC-3283,GF-180和HFE-7100介质,通过不同孔径的过滤膜进行过滤,并研究了过滤前后的光学击穿阈值和能量反射率.结果表明,随着过滤孔径的变小,介质光学击穿阈值逐渐提高,且过滤之后介质的能量反射率有了明显的提高.介绍了一种利用He-Ne激光透射光光斑变化来判断是否发生光学击穿现象的方法,该方法具有方便、准确的特点,可有效地减小由于肉眼观测引起的误差.

液态水的光学击穿效应

详细描述了液态水光学击穿现象并且对该效应的机理做了初步探讨。

激光导致水击穿和等离子体形成过程的物理分析

对短脉冲激光作用水介质中引起光学击穿的机制进行了分析,通过自由电子密度速率方程的数值解确定激光的击穿阈值.将数值计算结果与波长在可见光和近红外波段,脉宽为ns、ps和fs的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中的实验测量的击穿阈值作了比较.还计算了等离子体中自由电子密度的演化、等离子体吸收系数和能量密度.通过解自由电子密度速率方程得到结果与实验测量的值符合得很好.

激光维持燃烧波对激光-TIG复合热源的影响

激光诱发的等离子体可分为金属蒸汽等离子体和保护气体等离子体 .激光 -TIG复合焊接过程降低了气体电离条件 ,促进了激光维持燃烧波 (LSC)的形成 .通过CCD监测激光 -TIG复合热源焊接过程 ,深入研究了LSC波的形成机理及对激光

超短脉冲激光对生物软组织的等离子体诱导蚀除

详细研究了超短脉冲激光与生物组织相互作用的机理 ,建立了生物软组织中激光诱导光学击穿模型 ;结果表明 ,对于纳秒或亚纳秒脉冲激光 ,强吸收介质的热电子发射对电子雪崩电离过程有很大影响 ,等离子体光学击穿阈值随生物组织吸收的增加而降低 ;在激光脉宽为亚皮秒量级时 ,多光子电离成为光学击穿的主要机制 。

基频和三倍频Nd：YAG激光诱导熔石英损伤特性

采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。

利用混合介质提高双池SBS系统性能的研究

双池SBS系统由振荡池和放大池两部分组成．振荡池中产生的Stokes种子光进入放大池，与抽运光作用，产生强的放大，Stokes脉冲宽度变窄，能量转换效率提高．以往人们在振荡池和放大池中使用同一种介质，其目的是为了确保Stokes种子和抽运光的频差恰为布里渊频移．但是，当振荡池和放大池中使用同一种介质时，有时受到介质的吸收系数、增益系数、声子寿命和光学击穿阈值等的限制．