本文對(duì)空間碎片材料碳纖維的沖量耦合特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)了脈沖激光燒蝕光斑尺寸測(cè)量分析方法,測(cè)量獲得了不同激光能量下的燒蝕光斑尺寸。基于扭擺微沖量測(cè)量原理,測(cè)量納秒激光燒蝕碳纖維T300的沖量,研究結(jié)果表明,在能量密度達(dá)到6 J/cm2之前,沖量和沖量耦合系數(shù)均迅速增加,當(dāng)能量密度達(dá)到6 J/cm2后,由于等離子體屏蔽效應(yīng)的影響,沖量增加變緩,而沖量耦合系數(shù)逐漸下降。此外,為了分析燒蝕羽流對(duì)沖量耦合特性的影響,計(jì)算了不同能量密度下的羽流透射率,計(jì)算結(jié)果表明,沖量耦合系數(shù)下降階段對(duì)應(yīng)著較低的羽流透射率,即該階段產(chǎn)生了較強(qiáng)的的等離子體屏蔽效應(yīng)。 

【文章來(lái)源】：機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新. 2020,33(06)

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

燒蝕光源為鐳寶光電（Beamtech）公司生產(chǎn)的Nimma-900型Nd:YAG激光器，其輸出波長(zhǎng)為1064nm。通過(guò)光電探測(cè)器獲得的激光脈寬如圖2所示，激光器輸出激光的脈寬為8ns。實(shí)驗(yàn)中，激光器的輸出能量通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制，為了保證對(duì)激光能量的準(zhǔn)確測(cè)量，利用分束鏡將一部分激光折轉(zhuǎn)到Coherent公司Field Max型能量計(jì)探頭上，對(duì)激光能量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄下每個(gè)脈沖激光的能量。每次脈沖激光燒蝕結(jié)束后，利用扭擺下方的二維電動(dòng)平移臺(tái)改變靶片和及激光輻照區(qū)的相對(duì)位置，使每次脈沖激光能夠作用于新的靶面位置。2 聚焦光斑尺寸測(cè)量

圖1所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，聚焦鏡和靶片之間的距離是固定的，隨著激光能量的增加，燒蝕光斑尺寸是逐漸增加的。因此，我們需要對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的每個(gè)激光能量所對(duì)應(yīng)的燒蝕光斑進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示。該測(cè)量系統(tǒng)主要分為三部分，能量檢測(cè)部分、光束質(zhì)量分析部分、燒蝕光斑測(cè)量部分。能量檢測(cè)部分主要為由能量計(jì)及其探頭組成，保證對(duì)輸出激光能量的準(zhǔn)確測(cè)量；光束質(zhì)量分析部分主要由激光能量衰減器、及光束質(zhì)量分析儀組成，用于對(duì)每個(gè)脈沖激光的光束質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，典型的測(cè)量結(jié)果如圖4所示，可以看出，該激光器輸出的脈沖激光束為較好的高斯光束；燒蝕光斑測(cè)量部分主要基于鍍鋁膜鏡片進(jìn)行燒蝕光斑尺寸的定義和測(cè)量。2017年Tsuruta等人[10]探索了脈沖激光聚焦光斑尺寸的定義方法，他們通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，利用熱敏紙進(jìn)行光斑尺寸的定義時(shí)，存在明顯的熱效應(yīng)，導(dǎo)致實(shí)際的測(cè)量光斑略大于實(shí)際的光斑尺寸，并且由于材料燒蝕閾值的不同，相同條件下測(cè)量得到的光斑尺寸有所差異；另一種常用的方法是利用光束質(zhì)量分析儀進(jìn)行光斑尺寸的測(cè)量，但測(cè)量結(jié)果會(huì)由于衰減器衰減比例的不同而存在差異；最終，他們定義了光斑尺寸測(cè)量方法：利用鋁1050這種材料進(jìn)行光斑尺寸的定義，通過(guò)測(cè)量鋁1050表面的燒蝕痕跡獲得燒蝕光斑尺寸。本文在Tsuruta等人[10]的研究基礎(chǔ)上，利用鍍鋁膜片進(jìn)行燒蝕光斑尺寸的定義，該方法具有燒蝕痕跡明顯、便于測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。利用該方法測(cè)量獲得的不同能量下的光斑尺寸如圖5所示，可以看出，光斑尺寸隨著激光能量的增加而增大，并且在激光能量較高時(shí)，增加速度變緩。圖4 光束質(zhì)量分析儀典型結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3144357