納秒激光誘導空氣等離子體光學診斷與機理分析.pdf

1、本文主要從實驗和理論上研究了納秒激光誘導空氣擊穿機制，激光支持爆轟波(LSDW)形成機制與傳播特性，激光等離子體的電子密度和沖擊波波后氣體分子的時空演化規(guī)律，以及空氣等離子體的碰撞。
　　 首先，建立了具有數(shù)據(jù)自動采集功能的馬赫-曾德爾數(shù)碼化干涉測量系統(tǒng)，獲得了高質(zhì)量的等離子體干涉條紋圖；提出了針對激光等離子體干涉圖的處理方法，得到了高分辨的激光誘導空氣等離子體折射率三維空間分布圖。
　　 提出了空氣擊穿時間的測量方法，

2、并得到了空氣擊穿時間和作用激光功率密度間的定量關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn)，激光的透射率與其入射能量近似成反比。當入射激光能量較小時，激光的擊穿時間與擊穿功率密度之積為定值；隨著入射能量的增加，并超過某閾值時，擊穿時間將達到飽和。進而利用雪崩電離的機制對實驗現(xiàn)象給予了解釋，并提出了等效脈沖的概念。
　　 提出了一種基于陰影法和點掃描法的LSDW傳播速度測量方法。通過觀察等離子體二維屏蔽特征和對等離子體二維屏蔽分布圖的處理，獲得了不同作用激光能

3、量導致的LSDW傳播速度隨時間的變化關(guān)系。提出了利用激光誘導電子氣沖擊波的Taylor模型來解釋LSDW的形成機制，理論與實驗結(jié)果吻合得較好。
　　 通過實驗研究了納秒激光誘導空氣等離子體的時空演化過程，觀察到等離子體通道的形成，發(fā)現(xiàn)激光等離子體動力學膨脹是形成等離子體通道的主要機制，且等離子體膨脹速度迅速衰減是等離子體通道塌陷的主要原因。通過對激光誘導沖擊波波后氣體分子密度三維分布隨時間變化過程的研究，發(fā)現(xiàn)了沖擊波后的分子密度

4、先增長后衰減的現(xiàn)象，以及分子密度分布從非均勻向均勻分布的演化過程，并認為等離子體膨脹初期內(nèi)部的各向異性是其主要因素。
　　 實驗研究了激光誘導空氣等離子體間的碰撞特性，觀察到了碰撞區(qū)域沖擊波后分子密度和等離子體電子密度的增強現(xiàn)象，提出沖擊波碰撞形成的分子遲滯層是導致沖擊波后分子密度的增強的主要原因，而電子密度的增強是由于自由電子受到了被遲滯層阻礙的正離子吸引并聚集的結(jié)果。
　　 本文的研究結(jié)果對激光誘導空氣擊穿的理論研究