研究了一种基于Nd∶YAG/Cr∶YAG复合晶体结构的被动调Q固体微片激光器。以Cr∶YAG可饱和吸收体为被动调Q器件,采用元件一体化设计,输出单脉冲能量为3.5 mJ,脉宽为2.1 ns,峰值功率为1.67 MW,性能指标达到国际同类水平。利用被动调Q激光速率方程,计算了微片激光器的关键参数,脉冲能量的理论值与实验值基本一致。对复合微片激光器元件进行了集成和组装,得到了Nd∶YAG/Cr∶YAG微片激光器原理样机。样机能够成功击穿目标靶附近的空气并产生等离子体,初步满足了作为激光火花塞的技术要求。

稀薄燃烧能够提高内燃机的热效率并降低污染物的排放,但稀薄燃烧的火焰传播速度慢且在高压下易出现局部淬火现象。激光诱导火花点火能够有效解决燃料在低当量比和高压下燃烧遇到的问题, 此外激光点火能够实现多点点火从而缩短燃烧时间并增大燃烧室压力,相较于传统的电火花塞点火技术具有很大优势。锥形腔、衍射透镜、空间光调制器和达曼光栅均已被用于实现多点激光诱导火花点火。归纳了多点激光诱导火花点火的几种技术途径, 讨论了内燃机多点激光诱导火花点火的研究状况和最新成果。对实现多点激光诱导火花点火的几种方法进行了评价, 并指出了每种方法在多点激光诱导火花点火中的优势和需要解决的问题。在此基础上, 对内燃机激光多点点火技术的研究前景进行了展望。

以不同孔径的阳极氧化铝(AAO)多孔材料作为研究对象,基于高速摄影和原子发射光谱分别研究了AAO孔径对激光诱导等离子体形态演变和温度的影响,利用吸收光谱及时域有限差分法对样品的光反射率进行测试与仿真分析。研究结果表明:在一定的孔径范围内,随着AAO孔径减小,等离子体的存在时间变长,光谱谱线强度变大,等离子体的电子温度升高;AAO的等离子体参数均大于抛光铝片的,其电子温度比抛光铝片的高2000~3500 K;在一定的孔径范围内,AAO孔径越小,光在样品内部的吸收系数越高,解释了等离子体增强的原因。

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题, 基于光子多普勒效应和自混频原理, 采用1 550 nm单模激光, 成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度, 结果显示: 该系统测试成功率高, 响应速度快, 获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比, 具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s～几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量, 也可应用于常规爆炸流场的测试。

高功率密度脉冲激光的光纤耦合性能一直制约着激光飞片起爆技术的工程化应用。针对106 W/cm2级功率密度脉冲激光在光纤中的耦合特性, 设计了一套光纤对准夹具, 用于开放光路下脉冲激光的光纤耦合。使用波长为1 064 nm, 脉宽6 ns的调Q脉冲Nd:YAG激光, 研究了其在大功率石英光纤和AgI/Ag空芯光纤中的能量传输效率和损伤阈值。结果显示: 在焦点前后10 mm范围内, 石英光纤的传输效率平均值为76.2%, AgI/Ag空芯光纤的传输效率平均值为61.8%; 在焦点前2 mm处, 测得石英光纤损伤阈值为22.3 mJ, AgI/Ag空芯光纤损伤阈值为29.4 mJ。通过对比结果可知, AgI/Ag空芯光纤拥有较高的损伤阈值, 然而AgI/Ag空芯光纤的传输效率比石英光纤低约15%, 其工程化应用潜力还有待进一步开发。

为了研制具有高导通电流和高导通速率能力的单触发开关,利用微加工技术制备了基于Parylene C的三明治结构单触发开关.在主回路充电电压1.0 ~1.6 kV的范围内,分析了开关触发回路电流、电压特性,导通峰值电流、上升时间、开关延迟时间,并且对单触发开关的电感、电阻做了估算.结果表明,基于Parylene C的单触发开关性能优于基于聚酰亚胺的单触发开关;随着开关加载电压的升高,开关导通的峰值电流呈现不断增大的趋势,但是上升时间几乎不变,其延迟时间分布在1~200 μs之间,呈随机性分布,开关电阻随其作用时间增加不断增大.

开关技术是影响爆炸箔起爆系统可靠作用、微型化、低能化、集成化的关键技术。电爆炸平面开关是利用强脉冲电流使触发极金属桥箔发生电爆炸,产生高温高压等离子体,使爆炸桥区两侧的电极导通。基于微加工技术,采用Al/CuO复合薄膜材料作为触发电极,设计制造了微型平面复合薄膜电爆炸开关。采用扫描电子显微镜、差示扫描量热法和光谱谱线测温研究了触发极Al/CuO复合薄膜的形貌、反应性和电爆炸等离子体温度,通过放电电流测试研究了开关性能。结果表明,在主回路电压2000 V时,开关输出电流峰值约为1938 A,上升时间390 ns,性能优于仅以铜薄膜为触发电极的电爆炸平面开关。

采用真空磁控溅射方法制备了CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅷ/Al2O3/Al三种复合飞片, 利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜对复合飞片进行表征, 结果表明,不同材料膜层的分界面清晰可见, 复合薄膜的表面结构致密, 颗粒基本尺寸可以达到nm级, 均匀性好。利用光子多普勒测速技术对三种复合飞片速度进行测量, 结果表明: 将飞片靶放置在空气电离点偏前的位置(入射激光方向), 增大聚焦光斑, 能改善激光电离空气引起的能量屏蔽作用；含能烧蚀层CuO/Al的存在, 有助于提高飞片速度。在含能薄膜烧蚀层厚度一定的情况下, 增大周期、减小每层薄膜厚度, 有助于提高含能薄膜反应程度, 减小飞片上升沿时间。在同等激光能量密度下, (CuO/Al)Ⅷ/Al2O3/Al的上升沿时间低于(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al。

基于实验研究高氯酸铵与端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)复合推进剂的点火燃烧性能，有助于揭示燃烧一致性机理，进而改进燃烧特性，提高底排增程弹射击效能。激光具有能量可调与高输出稳定性的优点，是最佳的含能材料点火燃烧实验的能量源。利用大功率固体激光系统，并借助高速录像系统，研究了AP/HTPB复合底排推进剂试样的点火延迟时间，点火延迟时间随激光强度的增加先显著缩短，继而趋于平缓；基于试样燃烧序列图像及图像处理技术，计算出了复合推进剂的燃速约为3.41 mm/s。基于含能材料一维激光点火模型，对试样的点火燃烧进行数值模拟，点火延迟时间的计算结果与实验情况比较吻合，并得到了激光作用的推进剂表面温度随时间及激光强度的变化历程。

为了研究药剂配比对石墨/硝酸钾反应性光声特性的影响, 采用动态光声测试技术和差示扫描量热技术进行了研究, 在波长1.06μm、脉冲宽度为54μs的Nd∶YAG脉冲激光作用下, 同一配比的石墨/硝酸钾体系中, 激光能量越大光声信号越强; 不同配比药剂在同一激光能量下光声强度不同。石墨/硝酸钾质量比为25/75(3#样品)时, 光声信号最强; 为30/70(4#样品)时, 光声信号较弱。考察药剂达到光声信号峰值所用时间, 发现同一样品随着激光能量增大都呈现先增大后减小的趋势。结果表明, C/KNO3的配比不同, 化学反应不同, 热分析结果与光声实验结果可以相互印证。