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纳秒激光烧蚀冲量耦合数值模拟

常浩 金星 陈朝阳

纳秒激光烧蚀冲量耦合数值模拟

常浩, 金星, 陈朝阳
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  • 为研究激光烧蚀靶产生冲量过程和机理, 建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型. 以空间碎片常见材料Al为例, 用建立的模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀靶产生的冲量及冲量耦合系数随时间变化情况. 数值结果和已有的实验数据符合的较好. 数值计算表明: 激光脉冲时间内, 靶获得的冲量随时间迅速增加, 在脉冲时间结束后, 冲量变化随时间趋于稳定; 在冲量耦合过程中, 烧蚀等离子体向真空膨胀, 羽流尺度逐渐增大, 同时吸收入射激光能量, 导致激光与靶耦合的能量降低.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11102234)资助的课题.
    [1]

    Campbell J W 1996 NASA technical memorandum 108522

    [2]

    Phipps C R, Albrecht G, Friedman H, Gavel D, George E V, Murray J, Ho C, Priedhorsky W, Michaelis M M, Reilly J P 1996 Laser and particle beams 14 1

    [3]

    Rubenchik A, Barty C, Beach R 2010 LLNL-PROC 423323

    [4]

    Early J T, Bibeau C, Phipps C R 2004 High-Power Laser Ablation V Taos, NM, United States, April 25-30, 2004 p441

    [5]

    Bruno Esmiller, Christophe Jacquelard 2011 Beamed Energ Propulsion: Seventh International Symposium Ludwigsburg, Germany, April 10-14, 2011 p347

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    Jin X, Hong Y J, Li X Q 2012 High Power Laser and Particle Beams 24 281 (in Chinese) [金星, 洪延姬, 李修乾 2012 强激光与粒子束 24 281]

    [7]

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    [8]

    Chang H, Jin X, Hong Y J 2012 Acta Aeronautica et Astronautical Sinica 33 984 (in Chinese) [常浩, 金星, 洪延姬 2012 航空学报 33 984]

    [9]

    Phipps C R, Luke J R, Lippert T 2004 Appl. Phys. A 79 1385

    [10]

    Bogaerts A, Zhaoyang Chen, Renaat G, Akos V 2003 Spectro chimica Acta 58 1867

    [11]

    Chen Z Y, Annemie Bogaerts 2005 J. Appl. Phys. 97 063305

    [12]

    Annemie Bogaerts, Chen Z Y, David Bleiner 2006 Journal of Analytical Atomic Spectrometry 21 384

    [13]

    Autrique D, Zhaoyang Chen, Alexiades V, Bogaerts A, Rethfeld B 2012 International Symposium on High Power Laser Ablation New Mexico, USA, April 30-May 3 2012 p648

    [14]

    Phipps C R, Birkan M, Bohn W L 2010 Journal of Propulsion and Power 26 609

    [15]

    Madhusudhan Kundrapu, Michael Keidar 2009 J. Appl. Phys. 105 083302

    [16]

    Gusarov A V, Gnedovets A G, Smurov I 2000 J. Appl. Phys. 88 4352

    [17]

    Takeharu Sakai 2009 Journal of Propulsion and Power 25 406

    [18]

    Kohei Anju, Keisuke Sawada, Akihiro Sasoh 2008 Journal of Propulsion and Power 24 322

    [19]

    Saravanakanthan Rajendran, Michael Keidar, Iain D B 2007 38th AIAA Plasmadynamics and lasers conference Miami, Florida, United States June 25-28 2007 p1

    [20]

    Zhang P B, Qin Y, Zhao J J, Wen B 2010 Acta Phys. Sin. 59 7120 (in Chinese) [张朋波, 秦颖, 赵纪军, 温斌 2010 物理学报 59 7120]

  • [1]

    Campbell J W 1996 NASA technical memorandum 108522

    [2]

    Phipps C R, Albrecht G, Friedman H, Gavel D, George E V, Murray J, Ho C, Priedhorsky W, Michaelis M M, Reilly J P 1996 Laser and particle beams 14 1

    [3]

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    [4]

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    [5]

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    Autrique D, Zhaoyang Chen, Alexiades V, Bogaerts A, Rethfeld B 2012 International Symposium on High Power Laser Ablation New Mexico, USA, April 30-May 3 2012 p648

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    Gusarov A V, Gnedovets A G, Smurov I 2000 J. Appl. Phys. 88 4352

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    Takeharu Sakai 2009 Journal of Propulsion and Power 25 406

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    Kohei Anju, Keisuke Sawada, Akihiro Sasoh 2008 Journal of Propulsion and Power 24 322

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-04-16
  • 修回日期:  2013-06-17
  • 刊出日期:  2013-10-05

纳秒激光烧蚀冲量耦合数值模拟

  • 1. 装备学院, 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416;
  • 2. 北京化工大学, 物理学院, 北京 100029
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11102234)资助的课题.

摘要: 为研究激光烧蚀靶产生冲量过程和机理, 建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型. 以空间碎片常见材料Al为例, 用建立的模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀靶产生的冲量及冲量耦合系数随时间变化情况. 数值结果和已有的实验数据符合的较好. 数值计算表明: 激光脉冲时间内, 靶获得的冲量随时间迅速增加, 在脉冲时间结束后, 冲量变化随时间趋于稳定; 在冲量耦合过程中, 烧蚀等离子体向真空膨胀, 羽流尺度逐渐增大, 同时吸收入射激光能量, 导致激光与靶耦合的能量降低.

English Abstract

参考文献 (20)

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