强激光驱动微颗粒高速冲击下铝合金材料的动态力学行为

微颗粒冲击条件下铝合金材料的动态力学行为研究,对保障铝合金部件在极端环境下结构设计和安全防护性能至关重要.针对2024铝合金材料,采用强激光驱动微颗粒高速冲击实验和数值模拟,研究其微弹道冲击行为.首先通过强激光驱动微颗粒冲击实验,获得了常温条件下冲击过程中微颗粒的能量损失与铝合金板材冲击的局部变形行为,并对有限元模型进行了验证;基于相场动力学模拟,获得了接近熔点温度的固液共存铝合金的微结构特征,并建立了流固耦合计算模型,给出了不同温度下铝合金材料的冲击能量耗散特性、应力分布规律与变形失效行为.数值模拟结果表明,动态加载下固液共存态铝合金中的流固耦合效应对铝合金的宏观动态力学行为有重要影响;固液共存铝合金材料的吸能效率更低,且由于固相枝晶的相互作用,使应力的传递路径发生明显变化.

强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析

冲击波在金属材料自由面卸载时,材料表面会形成微颗粒向外喷射,这是材料表面一种特殊的破坏形态.在内爆压缩和高压工程领域的相关物理过程中,微喷射颗粒是引起界面混合现象的重要来源,会直接影响后期的混合状态和压缩过程.而微颗粒的尺寸、形态、运动速度等是开展微喷混合过程理论和数值模拟研究的重要参数.由于实验中动态诊断的难度较大,目前已获取的微喷颗粒尺寸及分布数据十分有限.基于神光Ⅲ原型激光装置,本文设计并开展了强激光驱动冲击加载,锡材料微喷颗粒经过气体区混合后,低密度泡沫材料对微颗粒进行回收分析的实验研究.通过对微喷颗粒回收样品的X光电子计算机断层扫描分析和图像重建,获得了两个典型加载压强条件下与气体混合后微喷颗粒的三维图像,通过与真空实验条件下回收微喷颗粒图像的对比分析,对混合后的微喷颗粒分布形态有了初步的认识;测量统计了回收颗粒尺寸与数目,并通过分析,给出了微喷颗粒尺寸的双指数分布规律.

强激光驱动爆炸与冲击效应

随着高功率密度激光技术的快速发展,强激光驱动的爆炸与冲击效应逐渐引起国内外学者的广泛关注。对强激光诱导爆炸与冲击效应研究进展进行了综述,包括强激光诱导爆炸载荷特征与相似律,强激光对材料表面冲击强化处理,强激光冲击诱导材料相变动力学行为,以及利用强激光驱动微弹道冲击等方面的研究进展,并指出了强激光诱导爆炸与冲击效应研究的发展趋势和未来需要解决的关键科学问题。

激光等离子体对微纳颗粒去除效果的空间特性

在半导体器件精密加工等领域,微纳粒子对器件污染会严重影响器件的性能,如何有效对其进行去除,已经成为一个亟待解决的问题。本文研究了激光等离子体冲击波去除硅基片表面Al微纳米颗粒的去除机理,以及不同的去除机理对应的去除区域,得出了每个区域的范围。研究结果表明：激光等离子体对微粒的去除效果与空间位置密切相关,在激光等离子体的正下方区域（A区域）为去除效应较差,而向外扩展的区域（B区域）则具有最佳的去除效应,后随着距离的增加,去除效果越来越差。这种空间分布特征与激光等离子体冲击波的空间部分密切相关,在A区域主要是基于弹跳去除模型,主要是依靠冲击波向下的压力而弹跳去除;在B区域则是基于滚动去除,该区域压力的作用主要是平行于基地,所以去除效果最好;随着距离的增加,压力逐渐变弱,微粒去除效果逐渐变差（C区域）。

用脉冲激光同轴全息技术测量微射流

强冲击载荷下自由表面的粒子喷射现象还没有被清楚认识，很难从理论上给以准确的计算模型，因而从实验测定材料在冲击载荷下自由面面喷射物质的分布和粒子尺寸大小就显得非常重要。测量微粒场的脉冲激光同轴全息技术，具有在纳秒或更在短时间内“固化”运动微粒场、测量精度高、景深长、光路简单和获得的信息量大等优点。这些优势使得脉冲激光同轴全息技术成为研究微喷射场的重要测试手段之一。

超强超快激光物理与前沿应用

超强超快激光的出现与迅速发展开辟了原子分子物理、强场物理、等离子体物理等学科的诸多前沿方向,促进了物质科学、生命科学和信息能源等领域的创新发展。以超强超快激光的强度为尺标,首先介绍强激光驱动的非线性原子分子物理,其次是更高光强下的超强激光与相对论等离子体物理,最后概述强场超快的交叉前沿应用。在每个领域的学科发展背景下,重点概述中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室长期深耕超强超快激光物理与前沿应用取得的系列进展与成果,主要包括小型化粒子加速与辐射、极端强场效应、高次谐波与阿秒物理、空气成丝与空气激光、超快激光加工、微纳激光技术等。

强激光辐照前后钕玻璃中铂金颗粒夹杂物的电子探针显微分析

采用电子探针显微分析(EPMA)技术分析和研究了强激光辐照前后连续熔炼钕玻璃中铂金颗粒的各种形态。强激光辐照后的铂金颗粒夹杂物呈现出3种典型的EPMA形貌,这是铂金颗粒吸收激光能量引起的热应力和蒸气压共同作用的结果,钕玻璃的热力学性质对其形态也有一定影响。对比锆和锡夹杂物的EPMA分布特性可以发现铂、锆、锡被共同包裹的现象。

激光等离子体堵口效应的理论模拟

激光等离子体堵口效应研究在间接驱动的ICF及微管靶X光激光研究中有重要意义。当强激光束射入腔靶的小孔时,由于光束的非理想时间和空间点源特性,一部分能量会打在小孔边缘,产生高温等离子体,并向小孔中心喷射,使小孔的有效透光孔径逐渐变小,激光脉冲后沿被截,瞬时注入小孔的能量份额随时间逐渐变小,此乃激光等离子体堵口效应。本文假定激光仅在临界面附近被吸收,在等温近似下求解了离子的运动及连续方程,

激光冲击波驱动的新型微泵数值模拟

针对传统微泵结构复杂、制备困难等不足,提出了一种新型的基于激光冲击波力学效应的微泵驱动方法,使用该方法设计的微泵结构简单、易于制造、成本低,有利于微型化及与微机电系统(MEMS)集成。通过研究激光冲击波的力学模型,设计了无阀型微泵,并计算出其耦合模态。验证了该驱动方法的可行性;通过流固耦合仿真研究了激光的频率、占空比、功率密度、光斑直径等参数对微泵流量的影响,并进一步分析了流量的稳定性。研究结果表明,功率密度和光斑直径是影响流量的主要因素,占空比为0.6时微泵流量最大,微泵稳定工作后各脉冲流量相差不超过5%。

高功率激光冲击处理装置及其驱动冲击波实验研究

对实验研制的高功率、短脉冲强激光冲击处理装置进行了输出特性研究,其输出能量不稳定度和激光脉冲功率不稳定度分别为±3.8%和±6.5%。采用透镜列阵的焦斑均匀化系统使光强分布起伏度达到±12%。并利用新型压电传感器(PVDF压电传感器)对其引发的激光冲击波压力进行了实时测量。

高功率激光物理国家实验室

由邓锡铭院士倡议建立的高功率激光物理国家实验室成立于1986年,是我国高功率激光技术与惯性约束聚变的实验基地。实验室拥有“神光-Ⅱ”高功率激光聚变实验装置,以及配套的测试诊断设备。现有固定科技人员120名,包括两院院士2名,研究员13名,副研究员和高级工程师25名。