第二节激光与等离子体相互作用（精选）.ppt

激光与物质相互作用
朱海红
武汉光电国家实验室激光部
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Laser- Matter Interaction
回忆
等离子体及特性
带电粒子+中性粒子
准中性
集体行为,最小尺度为德拜长度
等离子体振荡:langmuir 波
Saha方程:热平衡下,气压、温度和电离势的关系
回忆
激光等离子体的产生机理
热驱动:高功率激光作用于金属表面,产生蒸汽、蒸汽易电离、自由电子吸收激光、进一步电离—高功率+金属
光电离:1个或者数个短波长激光光子被环境气体中的原子吸收,由于光子能量大于电离势—单光子:紫外;多光子:波长小于1m
电子崩或级联电离:环境气体中的自由电子吸收激光能量,运动速度加快发生非弹性碰撞,产生电子崩,电子密度呈指数增长---环境气体+长波激光。
混合机制:竞争及耦合
等离子体点燃时间
什么时候产生等离子体?
1、袁钢等人(1988)归纳了国外的大量实验数据,提出了激光等离子体点燃的经验判据是:
只与激光本身有关(光强、波长、脉冲宽度)
与靶表面特性无关??
等离子体点燃时间
什么时候产生等离子体?
2、假设激光气化开始时间作为点燃时间。
可见等离子体点燃时间在ns量级
等离子体点燃时间
什么时候产生等离子体?
3、从Saha方程出发,从电子密度变化来考虑,通常认为达到下述条件就是等离子体点燃时间。
视频1
精确地写出等离子体点燃阈值的统一公式似乎是不可能
视频2
高功率激光作用时
熔深并不随激光功率增加正比增加,功率增加到一定程度,熔深增加缓慢
高功率激光作用时
等离子体屏蔽
激光辐照
蒸汽
吸收激光
蒸汽电离
等离子体
等离子体膨胀
等离子体吸收激光
到达靶面能量减少
传播、吸收、散射、折射
§:激光与等离子体相互作用
1、常铁强等,激光等离子体相互作用与激光聚变,湖南科学出版社,1991
2、陆建等,激光与材料相互作用物理学,***出版社,1996
3、左铁钏,高强铝合金的激光焊接,2002
4、 Shalom Eliezer,The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas,Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia,2002
激光与等离子体相互作用
质量如何,能量都用来干什么了----传到哪儿去了?
激光应用
有多少激光能量会被靶等离子体吸收--靶吸收了多少激光能量?-----能不能传,传多少
核聚变希望能量传给热电子而不是超热电子
核聚变和激发X射线希望能量被等离子体吸收;而激光焊接则不希望激光能量被等离子体吸收