光致等离子体密度测试技术研究

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自激光器出现之后,激光驱动飞片冲击起爆技术是最安全的火工品起爆技术之一。在激光驱动飞片冲击起爆技术中,材料因激光驱动会产生光致等离子体,对光致等离子体电子密度的测试成为重要的研究课题。常用光致等离子体电子密度的测试手段复杂,且测试成本较高,而光学干涉法具有实验平台简单、不受被测对象干扰、成本低、效率高等显著优点。利用光学干涉法对光致等离子体电子密度进行测试,并进行系统研究,有利于完善火工品的研究技术手段,为材料的研发提供了技术指标,为激光驱动飞片冲击起爆技术在安全性能上的提升提供了科学依据。本文基于莫尔偏折测试技术,完成了光致等离子体密度测试系统总体方案设计。对阿贝尔逆变换算法进行了优化,对模拟场的重建效果进行了分析,验证了优化算法的正确性。推导了畸变量与折射率的关系,基于等离子体物理方程,论证了折射率与电子密度的关系。分别完成了扩束准直光学系统和物方远心光学系统的初始结构设计,并根据光致等离子体密度测试系统使用要求依次进行了优化,分别给出了设计结果和公差分析结果,研究结果表明,扩束准直光学系统和物方远心光学系统满足光致等离子体密度测试系统使用要求。分别使用条纹骨架提取法和傅里叶变换法对图像的有效信息进行了采集。分别对TC4(Ti-6Al-4V)材料和A12O3材料的光致等离子体折射率场和光致等离子体温度场进行了重建,由重建结果可得,TC4(Ti-6Al-4V)材料的折射率(n-1)分布位于1.15× 10-5~1.30× 10-5区间范围内,温度分布位于6100 K~7000 K区间范围内,Al2O3材料的折射率(n-1)分布位于-2.49×10-5~-1.70×10-5区间范围内,温度分布位于13000 K~13430 K区间范围内。分别对TC4(Ti-6Al-4V)材料和Al2O3材料的光致等离子体电子密度进行了测试,由测试结果可得,TC4(Ti-6Al-4V)材料的电子密度位于0.64×1016cm-3~1.40×1016cm-3区间范围内,Al2O3材料的电子密度位于1.12×1017 cm-3~1.36× 1017 cm-3区间范围内。
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