發(fā)布時間：2018-05-06 18:15

  本文選題：激光驅(qū)動沖擊波 + 時間分辨拉曼光譜　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：當一束功率密度達到GW/cm2以上的激光脈沖輻照到金屬表面時,表層金屬材料將被瞬間氣化并點燃等離子體,后續(xù)注入的激光能量將繼續(xù)支持等離子體云膨脹,從而在被輻照材料內(nèi)部形成一系列的壓縮波。這些壓縮波不斷地追逐,疊加,增強,最終形成沖擊波。激光驅(qū)動沖擊波現(xiàn)已成為實驗室動高壓主要加載手段之一,在沖擊化學、微結(jié)構(gòu)加工、激光支持爆轟波和慣性約束核聚變等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。作為一個高速流逝的暫態(tài)過程,激光驅(qū)動沖擊波的表征及材料在沖擊波加載下的超快動力學響應(yīng)過程一直是研究的熱點和難點問題。利用時間分辨拉曼光譜技術(shù),可以在研究激光驅(qū)動沖擊波傳播特性的同時,對材料的沖擊動力學響應(yīng)過程進行實時、在線的實驗測量研究。一般地,自發(fā)拉曼信號的激發(fā)效率極低。在激光沖擊波作用下,材料的自發(fā)拉曼信號很容易被噪聲信號所湮沒,是該研究領(lǐng)域中亟待解決的一個主要問題。本工作旨在通過對沖擊拉曼光譜實驗系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化,提高激光沖擊波實驗中拉曼光譜信號的信噪比,為有機薄膜材料的沖擊動力學研究提供具有重要參考價值的研究數(shù)據(jù)和實驗方法。本工作將超短脈沖激光驅(qū)動沖擊波技術(shù)與時間分辨拉曼光譜技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計并搭建了適用于激光驅(qū)動沖擊波實驗的時間分辨拉曼光譜系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)中主要光學元器件參數(shù)對拉曼光譜信噪比、空間分辨率等重要實驗參數(shù)的影響。利用優(yōu)化后的沖擊拉曼光譜實驗系統(tǒng),實現(xiàn)了納秒激光沖擊波作用下有機薄膜材料蒽沖擊拉曼光譜信號的單次采集,光譜時間分辨率達10 ns。采用約束結(jié)構(gòu)的靶材,本工作系統(tǒng)地研究了納秒激光沖擊波在多晶蒽的有機薄膜中產(chǎn)生、加載和卸載的全過程。通過分析時間分辨拉曼光譜數(shù)據(jù),得出納秒激光沖擊波在多晶蒽薄膜材料(厚度為160±10μm)中的傳播速度為3.04±0.19 km/s,沖擊加載過程中的峰值壓力達~2.3 GPa,沖擊波前沿寬度為~4.8μm,壓力上升時間為~1.54 ns,沖擊波在薄膜材料的傳播時間為~50 ns,沖擊壓力卸載時間為~170 ns。
[Abstract]:When a laser pulse with a power density of more than GW/cm2 irradiates the metal surface, the surface metal material is instantly vaporized and ignited, and the subsequent injection of laser energy will continue to support the plasma cloud expansion. Thus a series of compression waves are formed within the irradiated material. These compression waves continue to chase, stack, enhance, and eventually form shock waves. Laser driven shock wave has become one of the main loading methods of dynamic high pressure in laboratory. It is widely used in the fields of shock chemistry, micro structure processing, laser supporting detonation wave and inertial confinement fusion. As a high-speed transient process, the characterization of laser-driven shock wave and the ultrafast dynamic response of materials under shock wave loading have been hot and difficult issues. The time-resolved Raman spectroscopy can be used to study the characteristics of laser-driven shock wave propagation at the same time to study the impact dynamic response process of materials in real time and on-line experimental measurement. In general, the excitation efficiency of the spontaneous Raman signal is extremely low. Under the action of laser shock wave, the spontaneous Raman signal of the material is easily annihilated by the noise signal, which is a major problem to be solved in this research field. The aim of this work is to improve the signal-to-noise ratio of the Raman spectrum signal in the laser shock wave experiment through the design and optimization of the shock Raman spectrum experimental system. It provides important reference data and experimental methods for the study of impact kinetics of organic thin film materials. In this work, we combine ultrashort pulse laser driven shock wave technology with time-resolved Raman spectroscopy, and design and build a time-resolved Raman spectrum system suitable for laser driven shock wave experiment. The influence of the main optical component parameters on the SNR, spatial resolution and other important experimental parameters of the system is studied. The single acquisition of shock Raman spectrum signals of organic thin film materials under nanosecond laser shock wave is realized by using the optimized experimental system of shock Raman spectroscopy. The spectral time resolution is up to 10 ns. The whole process of nanosecond laser shock wave generation, loading and unloading in organic films of polycrystalline anthracene has been systematically studied by using a confined structure target. By analyzing time-resolved Raman spectrum data, The results show that the propagation velocity of nanosecond laser shock wave in polycrystalline anthracene film (160 鹵10 渭 m) is 3.04 鹵0.19 km / s, the peak pressure during shock loading is 2.3 GPA, the width of shock wave front is 4.8 渭 m, the pressure rising time is 1.54 ns, and the shock wave is in film. The propagating time of the material is 50 ns and the unloading time of impact pressure is 170ns.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

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