[发明专利]一种透明材料冲击动力学参数获取方法

说明书

本发明属于材料冲击动力学参数测量领域，并公开了一种透明材料冲击动力学参数获取方法。该方法包括：(a)建立了平稳冲击波加载下透明薄膜样品的双层薄膜分层模型(b)利用第一性原理，证明了P偏振光以布儒斯特角入射样品时，反射光相位对时间导数的波形呈周期性震荡特性，推导出了震荡特性与冲击动力学参数之间的表达式；(c)采用泵浦探测测试系统测量待测样品的实际震荡周期、实际幅值、和实际震荡偏离值；(d)将获得的测量实际值带入获得的表达式中进而获得实际冲击动力学参数。通过本发明，实现了双层薄膜模型中，使用公式直接提取透明材料冲击动力学参数，该方法使用的测量光路简单，易于实施，数据易于处理。

技术领域

本发明属于材料冲击动力学参数测量领域，更具体地，涉及一种透明材料冲击动力学参数获取方法。

背景技术

研究材料在高压、高应变率等极端条件下的动力学响应特性是材料物理领域的前沿课题，冲击波加载则是在材料内部产生这种极端条件的重要技术手段。当冲击波在材料中传播时，对冲击波和材料响应特性的研究通常需要测量材料的动力学参数，如冲击波速度、波后粒子速度等。此外，冲击波在材料中的渡越过程中引起的材料密度、内部结构变化最终将导致材料总体和局部的光学特性发生变化。为了准确描述冲击波作用下材料响应特性，实现包含冲击作用下材料光学特性变化的动力学参数测量具有十分重要的意义。

在冲击动力学实验中，通常将待测材料制作成薄膜样品进行实验。对于非透明材料，通过对冲击波加载下自由面速度的测量，然后运用相关理论即可推导出冲击动力学参数。而对于透明材料，由于涉及到光的薄膜干涉效应，测量方法一般需要如下步骤：首先建立样品薄膜的理论冲击模型；然后使用频域干涉仪测量探测光经样品反射后偏振态(幅值和相位)的动态变化过程；最后根据测量结果对由样品冲击模型计算的理论结果进行逆向反演，从而提取出冲击波速度、波后粒子速度以及冲击压缩后样品折射率等冲击动力学参数。如2007年，美国Los Alamos国家实验室的S.D.McGrane等人对聚碳酸酯薄膜的冲击动力学参数进行了测量，实验建立了平稳冲击波加载下的透明样品双层薄膜模型，对冲击加载过程中不同探测光(共四束探测光，分别为两个入射角下的P偏振光和S偏振光)经样品反射后的偏振态的动态改变进行了测量，然后将测量结果与理论模型计算结果进行逆向拟合反演提取出了冲击动力学参数。但是该方法光路复杂，实施不易，且平台搭建费用昂贵。2010年，美国Lawrence Livermore国家实验室的Armstrong等人，对金刚石压腔中的预压缩氩进行了冲击动力学测量，实验建立了冲击压缩下的样品单层薄膜模型，通过分析探测光经样品反射后的相位变化的震荡特性，使用第一性原理推导出了冲击动力学参数的计算公式。该方法可以通过公式直接计算出冲击动力学参数，而不需要进行数据的拟合反演，数据处理容易，且光路相对简单，易于实施。但是该方法只适用于单层薄膜样品，而无法用于更普通的双层薄膜模型中。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种透明材料冲击动力学参数获取方法，利用推导出P偏振光以布儒斯特角入射样品时，双层薄膜模型中反射光相位变化过程对时间的导数φ′(t)，进而得到了φ′(t)震荡特性(包括震荡周期、幅值、震荡偏离值)与冲击动力学参数(包括冲击波速度、波后粒子速度、冲击压缩后样品折射率)之间的关系式，由此解决冲击波加载下透明材料双层薄膜模型只能通过拟合反演提取动力学参数，而无法使用公式直接计算冲击动力学参数的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种透明材料冲击动力学参数获取方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)选取透明薄膜作为待测样品，建立测试该待测样品的泵浦探测测试系统，其中，所述泵浦探测测试系统的泵浦探测光照射在置于基底上的待测样品上产生平稳冲击波，该平稳冲击波在待测样品薄膜中传播将其划分为未受冲击层和冲击压缩层，并与待测样品所处环境形成的环境层和基底形成的基底层构成四层结构，相邻的两层的交界处有界面，共三个界面，所述泵浦探测测试系统的泵浦探测光为P偏振光，该探测光的入射角为布儒斯特角；