[发明专利]一种激光驱动多飞片的方法及实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体驱动加速方法，尤其涉及一种采用分光元件实现单一激光源同时驱动多飞片的方法及其实现装置。

背景技术

自从1960年美国加州Hughes实验室的Theodore Maiman实现第一束激光以来，激光与材料相互作用过程、机理及应用受到研究者的热捧。20世纪90年代初，人类首次提出了激光驱动的概念，意将小型卫星等通过地基连续高频激光器发射至近地轨道。

激光驱动即利用激光推动物质高速飞行。它有广泛的应用范围：激光受控核聚变、主动清除太空垃圾、激光驱动火箭即“光子火箭”技术、以及激光驱动飞片等。

激光驱动飞片是一种动高压加载技术，其物理基础是强激光辐照引起靶材的气化和烧蚀。有两种情况：其一是脉冲激光直接与无窗口超薄靶材相互作用使其烧蚀进而推动飞片，这种技术可应用在激光点火等方面；其二是指激光驱动带窗口飞片，即利用脉冲激光将附着在窗口上微米、纳米厚度的金属薄膜等以高速驱动出去，驱动飞片速度最高可达数十千米每秒。这种方法具有成本低廉、装置简单的优良特点，目前在高速撞击、空间技术、高压物理学、材料力学、安全引爆等领域都有研究应用。然而，当前的激光驱动飞片技术只能发射单粒子，这种单一性使得激光驱动飞片技术在其使用领域中受到了局限。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种激光驱动多飞片的方法及实现装置，利用正交光栅、微透镜阵列等光学元件，可同时驱动能量均等或不均等的多个粒子，实现单一激光源多点驱动发射。

为了解决上述技术问题，本发明一种激光驱动多飞片的方法予以实现的技术方案是：将激光器产生一束激光作为入射激光，入射激光经过分束器分解形成多束光，多束光透过一光学玻璃入射到粘贴或沉积在该光学玻璃上的金属薄膜表面，使金属薄膜表面瞬间蒸发、气化和电离，产生高温高压的等离子体，由于受光学玻璃的约束，等离子体产生的高压冲击波作用在位于入射区前面的金属薄膜上，从而将剩余的金属薄膜剪切，并将其以高速驱动，从而形成超高速飞片。

实现上述激光驱动多飞片的装置是：采用脉冲宽度为纳秒和皮秒量级的激光器作为发光源，该激光器发射的激光先经过一聚光镜再进入作为分束器的正交光栅或微透镜阵列，从而得到多束光；在多束光的投射方向上放置有一光学玻璃，该光学玻璃的背面设有金属薄膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种激光驱动多飞片的方法及实现装置弥补了当前激光驱动飞片只能发射单粒子的缺陷，实现了多粒子的发射，可以应用在高压物理学、空间科学、材料微成形技术和炸药快速起爆等领域。如在空间科学中采用激光驱动飞片方式模拟空间碎片环境时，文献报道空间碎片重复作用航天器某一部位几率非常小甚至可以忽略，利用本发明激光驱动多飞片的方法发射的多粒子可以等效于具有不同速度的碎片，从而简单有效地达到地面模拟空间碎片累积损伤效应的目的。并可以使用光学显微镜观测飞片所撞击到的撞击靶的损伤形貌、使用分光光度仪测量其光学透过率、使用称重仪测量其重量损失等，

附图说明

图1本发明一种激光驱动多飞片的方法的光路原理图；

图2是本发明一种激光驱动多飞片的方法中所用的光栅衍射阵列；

图3是运用本发明方法后，飞片靶材被驱动部分阵列形貌；

图4是运用本发明方法后，撞击靶材损伤形貌。

图中：

1-激光器，2-两互相垂直的反射镜，3-聚光镜，4-正交光栅，5-飞片靶，51-光学玻璃，52-金属薄膜，6-撞击靶。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明一种激光驱动多飞片的方法，将激光器产生的一束激光作为入射激光，入射激光经过分束器分解形成多束光，多束光透过一光学玻璃入射到粘贴或沉积在该光学玻璃上的金属薄膜表面，使金属薄膜表面瞬间蒸发、气化和电离，产生高温高压的等离子体，由于受光学玻璃的约束，等离子体产生的高压冲击波作用在位于入射区前面的金属薄膜上，从而将剩余的金属薄膜剪切，并将其以高速驱动，从而形成超高速飞片。