有机薄膜中纳秒激光冲击波的时间分辨拉曼光谱实验研究

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1、硕士学位论文有机薄膜中纳秒激光冲击波的时间分辨拉曼光谱实验研究TIME-RESOLVEDRAMANSPECTROSCOPYONNANOSECONDLASER-DRIVENSHOCKWAVEINORGANICTHINFILM魏有超哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O472.3学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文有机薄膜中纳秒激光冲击波的时间分辨拉曼光谱实验研究硕士研究生：魏有超导师：黄丽申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：物理系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O472.

2、3U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceTIME-RESOLVEDRAMANSPECTROSCOPYONNANOSECONDLASER-DRIVENSHOCKWAVEINORGANICTHINFILMCandidate：WeiYouchaoSupervisor：Prof.HuangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2015D

3、egree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要2当一束功率密度达到GW/cm以上的激光脉冲辐照到金属表面时，表层金属材料将被瞬间气化并点燃等离子体，后续注入的激光能量将继续支持等离子体云膨胀，从而在被辐照材料内部形成一系列的压缩波。这些压缩波不断地追逐，叠加，增强，最终形成冲击波。激光驱动冲击波现已成为实验室动高压主要加载手段之一，在冲击化学、微结构加工、激光支持爆轰波和惯性约束核聚变等领域都有着广泛的应用。作为一个高速流逝的暂态过程，激光驱动冲击波的表征及材料在冲击

4、波加载下的超快动力学响应过程一直是研究的热点和难点问题。利用时间分辨拉曼光谱技术，可以在研究激光驱动冲击波传播特性的同时，对材料的冲击动力学响应过程进行实时、在线的实验测量研究。一般地，自发拉曼信号的激发效率极低。在激光冲击波作用下，材料的自发拉曼信号很容易被噪声信号所湮没，是该研究领域中亟待解决的一个主要问题。本工作旨在通过对冲击拉曼光谱实验系统的设计和优化，提高激光冲击波实验中拉曼光谱信号的信噪比，为有机薄膜材料的冲击动力学研究提供具有重要参考价值的研究数据和实验方法。本工作将超短脉冲激光驱动冲击波技术与时间分辨拉曼光谱技术相结合，设计并搭建了适用于激光驱动

5、冲击波实验的时间分辨拉曼光谱系统，研究了该系统中主要光学元器件参数对拉曼光谱信噪比、空间分辨率等重要实验参数的影响。利用优化后的冲击拉曼光谱实验系统，实现了纳秒激光冲击波作用下有机薄膜材料蒽冲击拉曼光谱信号的单次采集，光谱时间分辨率达10ns。采用约束结构的靶材，本工作系统地研究了纳秒激光冲击波在多晶蒽的有机薄膜中产生、加载和卸载的全过程。通过分析时间分辨拉曼光谱数据，得出纳秒激光冲击波在多晶蒽薄膜材料（厚度为160±10μm）中的传播速度为3.04±0.19km/s，冲击加载过程中的峰值压力达~2.3GPa，冲击波前沿宽度为~4.8μm，压力上升时间为~1.5

6、4ns，冲击波在薄膜材料的传播时间为~50ns，冲击压力卸载时间为~170ns。关键字：激光驱动冲击波；时间分辨拉曼光谱；信噪比；多晶蒽I哈尔滨工业大学硕士学位论文Abstract2WhenabeamoflaserpulsewiththepowerdensityhigherthanGW/cmirradiatesametal,themetalinthesurfacewillbegasifiedinstantaneouslyandaplasmawillbeignited.Thefollowinglaserenergycontinuestosupporttheexpa

7、nsionoftheplasma,resultingintheformationofaseriesofcompressionwavesinsidetheirradiatedmaterials.Thesecompressionwavescontinuouslychase,superpose,andenhancetillthelaser-drivenshockwaveforms.Nowadays,laser-drivenshockwaveisoneofthemostwidelyuseddynamichigh-pressureloadingtechniquesinth

8、elaboratorie