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TEA CO_2激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验研究

石海霞  
【摘要】: 激光与固体靶材相互作用产生的高温高压等离子体膨胀,可以传递给靶材一个反冲力。将此现象应用于推进技术领域,可以产生一种能够替代传统化学燃料推进的新型推进方式。本文以激光推进技术为背景,研究了入射激光功率密度,环境气压,固体靶面结构对激光与固体靶相互作用过程中冲量耦合系数的影响。 将聚焦后的TEA CO_2激光与铝靶相互作用,改变入射到铝靶的激光功率密度,研究不同离焦情况下冲量耦合系数的变化规律。实验结果表明,随着激光功率密度的增大,冲量耦合系数上升到一个峰值后开始下降。当入射激光功率密度约为2.96×10~6W/cm~2时,靶获得的冲量耦合系数最大,并用激光支持爆轰波与固体靶相互作用的二维模型理论计算得到的冲量耦合系数与实验结果比较,分析了二者出现偏差的原因。 分别在100.0kPa、49.0kPa、20.0kPa、0.1kPa四个气压下进行激光烧蚀铝靶的实验,研究环境气压对冲量耦合系数的影响。实验结果表明,100.0kPa、49.0kPa、20.0kPa三个气压下冲量耦合系数随入射激光功率密度的变化规律相似,不同的是冲量耦合系数峰值对应的入射激光功率密度随着气压增大而减小。0.1kPa气压下的冲量耦合系数明显低于其他三个气压。 为了研究固体靶表面特性对冲量耦合系数的影响,将铝靶表面涂漆,分别用激光烧蚀铝面和漆面。实验结果表明,对于本文中的两种入射激光功率密度1.31×10~7W/cm~2和4.99×10~6W/cm~2,烧蚀铝面获得的冲量耦合系数均高于漆面,入射激光功率密度越小,烧蚀铝面与漆面获得的冲量耦合系数差别越大。在0.201mm~0.968mm厚度范围内,漆层厚度不同对冲量耦合系数几乎没有影响。 本文还进行了HF激光烧蚀铝靶的初步实验,并与TEA CO_2激光和铝靶相互作用的情况进行比较,分析了两种情况下冲量耦合系数表现出不同规律的原因。


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