飛秒激光燒蝕空氣和水中鋁靶超快現(xiàn)象的對比研究.pdf

1、飛秒激光在水中燒蝕物質(zhì)具有燒蝕效率高、加工精度高以及可生成納米顆粒等優(yōu)勢，在材料的切割、加工和納米材料的制備中具有廣闊的應(yīng)用前景；另外，其可適用于特殊的加工領(lǐng)域，如醫(yī)療領(lǐng)域、核電和軍事領(lǐng)域等，因此研究飛秒激光燒蝕水中物質(zhì)的物理過程具有重要的意義?？紤]到水中燒蝕的優(yōu)勢是相對于空氣中燒蝕而言的，許多科研工作者都是對比地研究兩種環(huán)境下燒蝕過程的不同，主要集中于燒蝕效果的對比研究；但是對比研究超快過程，尤其是超快現(xiàn)象的工作還很少。本文對飛秒激光

2、燒蝕空氣和水中鋁靶的超快圖像過程進(jìn)行了對比性的研究，主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴利用泵浦-探測和脈沖顯微成像系統(tǒng)，在相同激光參數(shù)下拍攝了飛秒激光燒蝕空氣和水中鋁靶超快現(xiàn)象的時間分辨陰影圖，對比研究了等離子體膨脹和沖擊波傳播過程。用雙溫方程分析了空氣中等離子體的外形分布，并用流體壓縮理論研究了水對激光等離子體膨脹的約束作用。
　　 ⑵在飛秒激光燒蝕水中鋁靶的時間分辨陰影圖中發(fā)現(xiàn)了兩個“V”型結(jié)構(gòu)。我們通過實(shí)驗和理論證實(shí)了“V”

3、型結(jié)構(gòu)為馬赫錐現(xiàn)象；同時證實(shí)了第一個“V”型結(jié)構(gòu)是由鋁靶內(nèi)超聲速沖擊波傳播引起的，馬赫錐的半頂角大約為17°；第二個“V”型結(jié)構(gòu)是由鋁靶內(nèi)塑性應(yīng)力波或亞聲速沖擊波引起的，馬赫錐的半頂角大約為30°。此結(jié)論將靶外現(xiàn)象與靶內(nèi)應(yīng)力波聯(lián)系起來，馬赫錐現(xiàn)象可以推斷第二個應(yīng)力波的存在，證明水中激光等離子體會產(chǎn)生更大的壓力。
　　 ⑶利用泵浦-探測和脈沖顯微全息成像系統(tǒng)，在相同激光參數(shù)下拍攝了飛秒激光燒蝕空氣和水中鋁靶超快現(xiàn)象的時間分辨全息圖