脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉膨胀特性研究

"基于阴影法的脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉膨胀特性研究" 本文主要探讨了脉冲CO2激光与Sn等离子体相互作用产生的羽辉在缓冲气体中的膨胀特性。研究中，研究人员采用了阴影法来测量这一过程，这是一种通过观察激光诱导等离子体羽辉对光的遮挡效应，从而获取其边界位置和动态变化的技术。实验中，使用了脉冲能量为400毫焦、脉宽75纳秒的CO2激光，且在1000帕的缓冲空气气压环境下进行。 实验结果显示，在初期（延时小于100纳秒）的膨胀阶段，Sn等离子体羽辉的边界扩张速度达到了3厘米/微秒。这一高速膨胀是由于激光能量快速转化为等离子体的热能，导致等离子体粒子高速向外扩散。然而，随着延时的增加，等离子体羽辉的扩张速度显著下降，这是因为背景气体分子与等离子体粒子发生热碰撞，产生了阻力效应。当延时超过800纳秒时，膨胀速度降低至0.3厘米/微秒。 为了更深入地理解这一现象，研究者应用了一个修正的阻力扩散模型来拟合实验数据。通过该模型，他们计算出等离子体羽辉的膨胀极限尺寸约为15.2毫米。同时，实验测量到的羽辉碎屑粒子运动的极限距离约为16毫米，这与理论模型的预测结果吻合良好，显示了模型的有效性和准确性。 这一研究对于理解激光与物质相互作用，尤其是在高能激光技术、等离子体物理以及材料加工等领域具有重要意义。通过对羽辉膨胀特性的研究，可以优化激光系统的参数设置，提高激光加工的精度和效率，同时也为等离子体动力学研究提供了新的见解。此外，缓冲气体的选择和压力对等离子体膨胀的影响也是研究的重要部分，它揭示了环境条件如何调控等离子体的行为，这对于设计更先进的激光系统和等离子体实验装置有着直接的指导价值。