[发明专利]激光烧蚀靶材的冲击波成像系统及方法

说明书

本发明公开了了基于彩色纹影技术对激光烧蚀靶材的冲击波成像系统及方法。本发明的系统包括亚毫秒激光器、反射镜、聚焦透镜、PET薄膜、烧蚀靶材、光电探测器、数字延时脉冲发生器、闪光源、准直镜、纹影镜、彩色胶片刀口、成像镜、滤光片、高速相机和图像采集系统；本发明激光烧蚀靶材的冲击波成像系统及方法的图像分辨率较高，对于激光烧蚀的整个过程实现了更加细致的观察，并且该系统能够拍摄到不同时刻的瞬态烧蚀状态，可以实现高速成像下的连续拍照，系统灵敏度显著著提高，整个装置结构简单，实施简单，通用性强，易于改造。

技术领域

本发明属于激光烧蚀领域，涉及流场纹影显示技术，特别是涉及基于彩色纹影技术对激光烧蚀靶材的冲击波成像系统及方法。

背景技术

目前国内外公开的激光烧蚀靶材的冲击波成像装置较少，最受关注的是纹影成像技术，纹影成像技术是实现了对流场分布的实验研究，将传统的理论分析上升为可观察、可测量的视觉新领域当中。在20世纪末，Callies等人用影像照相术和纹影照相术研究了准分子脉冲激光(KrF激光,λ＝248nm,半峰值全宽度FWHM为25ns)轰击金属表面时在样品周围气体中所发生的气体动力学过程。这种方法可以给出一定时刻气体动力学过程的空间图象(Callies G,Berger P,Hugel H.Time-resolved observation of gas-dynamicdiscontinuities arising during excimer laser ablation and theirinterpretation[J].Journal of Physics D Applied Physics,1999,28(4):794.)；2006Dhareshwar L J等人通过通过使用光学阴影摄影技术测量了目标箔片的移动，记录了不同时刻的光学阴影图测量了冲击波的传播时间，并且观察到了冲击波的渡越时间、速度和压力。(Dhareshwar L J,Gopi N,Murali C G,et al.Measurement of laser drivenshock wave transit time through thin aluminiumtargets by optical shadowgraphy[J].Shock Waves,2005,14(4):231-237.)；2016年，北京理工大学吴宝进行了毫秒脉冲激光烧蚀铝板的实验。采用高速纹影照相技术，观察了激光烧蚀铝板过程中冲击波演化规律以及产物溅射。根据获得纹影照片确定了铝板击穿时刻，分析了激光能量以及激光脉冲次数对烧蚀深度的影响规律(吴宝.毫秒脉冲激光烧蚀铝板实验及数值模拟计算[D].2016.)。上述文献对于激光烧蚀靶材的冲击波成像装置结构较为复杂且成像的分辨度较低，图像采集速度还有待进一步提高，对于激光烧蚀靶材的冲击波以及溅射细节观察受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，实现对激光烧蚀靶材的冲击波形式以及溅射细节的成像。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，包括：亚毫秒激光器、反射镜、聚焦透镜、PET薄膜、烧蚀靶材、光电探测器、数字延时脉冲发生器、闪光源、准直透镜、纹影透镜、彩色胶片刀口、成像透镜、滤波片、高速相机、图像采集系统；

所述亚毫秒激光器发射的激光经反射镜反射，反射的激光再通过聚焦透镜聚焦于烧蚀靶材上，PET薄膜置于聚焦透镜和烧蚀靶材之间防止烧蚀靶材(5)溅射损伤聚焦透镜；

所述数字延时脉冲发生器设置为外触发模式，光电探测器放置在亚毫秒激光器出光口探测出光信号，光电探测器的输出信号作为数字延时脉冲发生器触发电平，闪光源和高速相机通过信号连接线连接到数字延时脉冲发生器，数字延时脉冲发生器根据光电探测器的探测到的出光信号输出触发脉冲信号，使闪光源和高速相机与亚毫秒激光器同步工作；