双激光脉冲强化等离子体冲击波的机理研究
激光冲击强化技术采用短脉冲、高功率密度的强激光辐照金属表面，使材料强化均匀，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力，其中激光诱导产生的冲击波的特性决定了对材料的实际强化效果。与单脉冲相比，本文提出的双脉冲激光冲击强化技术思想是通过改变激光脉冲时域特性，形成压缩更强、持续时间更长的冲击波。因此，深入研究双脉冲激光诱导等离子体冲击波的特性有助于增强冲击强化效果，为优化激光冲击强化技术提供更好的激光脉冲波形。 本文通过实验对双激光脉冲强化等离子体冲击波的机理进行研究，测量了单、双激光脉冲冲击波压力和等离子体物理参数。设计搭建了单、双脉冲激光作用铝靶诱导等离子体冲击波的压力测试实验系统，设置双脉冲延时分别为30ns、20ns及15ns，在同等激光能量下设置不同能量分配比，通过PVDF压电薄膜对冲击波压力进行测试；搭建了单、双激光脉冲作用铝靶诱导等离子体冲击波的干涉测量系统，设计了两组延时双脉冲延时，分别为27.20ns和38.65ns，利用干涉测量，获取激光诱导等离子体冲击波的具体发展过程，计算出等离子体内部电子密度的分布。 本文实验结果表明：双脉冲激光诱导冲击波的压力相比单脉冲有显著提升，三组不同延时的双脉冲均为能量分配比为1∶1时，峰值压强提升得最多；单脉冲激光等离子体冲击波基本上呈半球状膨胀，冲击波初始速度达到几千米每秒，之后迅速下降；延时双脉冲激光使等离子体冲击波的水平方向位移产生突变，双脉冲激光产生的等离子体波前位移、膨胀速度均大于同等功率密度下的单脉冲等离子体；单脉冲诱导的电子密度在1018/cm3附近，水平方向电子密度基本呈高-低-高型分布，竖直方向电子密度在中心处最高，由中心到边沿呈递减趋势；双脉冲激光产生的电子密度能达到1019/cm3，等离子体冲击波的作用时间可以通过延时双脉冲增加。根据实验结果总结了双脉冲激光诱导等离子体冲击波的传播特性，并结合各个效应间的平衡关系对结果进行了分析讨论。 本课题探索了双脉冲激光诱导等离子体冲击波的作用机制，为双脉冲激光冲击强化的优化方向提供了参考，为表面冲击强化技术的工业应用提供效果更佳的激光波形提供了一定的研究参考。
激光脉冲;双脉冲激光;等离子体冲击波;激光冲击强化;干涉测量
哈尔滨工业大学
硕士
物理电子学
朱成禹
2019
中文
TN249
2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）