一种等离子体动量测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光等离子体动量测量领域，具体地说，涉及一种提高液体靶材 在激光烧蚀后产生的等离子体推进比冲的等离子体动量测量装置。
【背景技术】
[0002] 强激光与靶相互作用时产生超音速喷射的等离子体，根据动量守恒，在等离子体 喷射的反方向产生一个作用力，该作用力可以作用一种新的推进源，这就是激光等离子体 推进的基本原理。激光等离子体推进技术由于在推进比冲、发射成本、环保、安全等方面的 优势，在过去的几年内获得了迅速的发展。在激光烧蚀的各种靶材中如各种常见金属、高分 子聚合物等，液体靶材由于高耦合系数、易于存储等优点而成为该领域研究的热点之一。中 国科学院物理研究所在激光烧蚀水的研究中，得到了近350dyne/W的耦合系数，中国科学技 术大学的研究小组在铝衬底上烧蚀水膜，得到了耦合系数的大幅度提高。中国地质大学的 研究小组对常温下蓖麻油和甘油的烧蚀效果进行了对比，发现推进比冲与液体的粘度有很 大关系。
[0003] 但对于各种液体如液体水、酒精、蓖麻油等材料而言，在烧蚀过程中，伴随等离子 体的产生，大部分液体由于溅射而消耗掉，真正用于离化产生等离子体的部分仅仅占到总 量的5%左右。这使得激光等离子体的推进比冲非常小，仅有几秒。为提高比冲，降低溅射 量，部分研究小组采用小容器来降低溅射量，部分研究小组利用液体本身的粘性来实现。 例如地质大学研究小组在纳秒激光烧蚀水的研究中，发现产生的比冲与水的粘度在一定范 围内成近线性关系。
[0004] 另外在测量装置方面，采用的是单摆法测量，该方法是将激光烧蚀的靶悬挂成一 个单摆，通过测量靶在烧蚀后摆动的振幅获得靶的速度，从而获得靶动量。该方法是一种结 构简单、操作方便、测量精度相对较高的测量方法。
[0005] 在考虑了液体本身粘度的基础上，同时考虑到入射激光波长1064nm的吸收效率， 本专利提出在具有高粘度的甘油中掺杂不同质量配比的碳来实现对推进比冲的提高。该靶 材料既利用了甘油本身具有的高粘度系数，又利用了碳对l〇64nm波长的高吸收率，并通过 实验对不同碳含量的甘油的比冲进行了测量。此外，测量装置中采用利用靶面反射来测量 位移，获得速度及动量。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种等离子体动量测量装置。
[0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] -种等离子体动量测量装置，包括一个氦氖光光源、全反镜、铝块、接收屏、入射激 光和聚焦镜;氦氖光光源产生的激光束作为探测光，经过全反镜反射后入射到接收屏上;接 收屏上标有刻度，可以获得反射光的位移;全反镜与铝块粘在一起，铝块的正面有一个可以 盛放甘油的坑，入射激光经聚焦镜聚焦后入射到甘油的底部;整个铝块与全反镜用细线将 全反镜悬挂起来组成一个单摆。
[0009] 所述一种等离子体动量测量装置，在铝块的正面中心位置有一个直径为2mm、深度 1.5_的圆柱形坑，用于盛放甘油，并限制反冲方向。
[0010] 所述一种等离子体动量测量装置，其入射激光为脉冲激光。
[0011] 所述一种等离子体动量测量装置，其甘油为碳掺杂甘油，是按照普通甘油与碳粉 按质量比为，甘油:95~99.9 %，碳粉:0.1~5 %的比例混合。
[0012] 本实用新型的有益效果是采用掺杂碳的甘油，并通过测量装置获得该液体的比 冲;与现有液体靶材相比，能够降低液体的溅射，提高比冲;其测量装置操作简单、数据图像 完备准确、测量结果精准;适用于速度低、位移小的激光等离子体动量测量。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型实验装置示意图。
[0014] 图2为测量得到的不同配比的碳掺杂甘油的比冲图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0016] 如图1所示，本实用新型一种等离子体动量测量装置，包括一个氦氖光光源2、全反 镜4、铝块5、接收屏1、入射激光8和聚焦镜7;氦氖光光源2产生的激光束3作为探测光，经过 全反镜4反射后入射到接收屏1上;接收屏1上标有刻度，可以获得反射光的位移;全反镜4与 铝块5粘在一起，铝块的正面有一个可以盛放甘油的坑6,入射激光8经聚焦镜7聚焦后入射 到甘油的底部;整个铝块5与全反镜4用细线将全反镜9悬挂起来组成一个单摆。
[0017] 所述一种等离子体动量测量装置，在铝块5的正面中心位置有一个直径为2mm、深 度1.5mm的圆柱形坑6,用于盛放甘油。
[0018]所述一种等离子体动量测量装置，其入射激光8波长为532或1064nm，或其他波长 的脉冲激光。
[0019] 所述一种等离子体动量测量装置，其甘油为碳掺杂甘油，是按照普通甘油与碳粉 按质量分数〇. 1~5%的比例混合，也可使用其他黏性液体。
[0020] 具体测量过程为：当激光烧蚀后，靶坑内的甘油发生离化和喷射。而这个铝靶块和 全反镜随之发生摆动。由于全反镜的移动，使得探测光103发生位移。根据接收屏上的刻度， 得到探测光位移的变化。再根据摆线长度、摆动周期获得靶的动量：
[0022] 其中的m为全反镜、铝块及液体甘油的质量，T为单摆的摆动周期，L为摆线长度，0 为摆线偏离顶部的角度。
[0023] 而获得的靶动量与消耗的液体质量之比就是比冲。
[0024] 本实用新型中的氦氖光光源仅作为光源，提供一束连续的光斑直径很小的光束， 其它能够提供光束的光源也可使用;所需要的甘油为普通常温下的甘油。
[0025] 本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其 他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种等离子体动量测量装置，包括一个氦氖光光源(2)、全反镜(4)、铝块(5)、接收屏 (1)、入射激光(8)和聚焦镜(7);其特征在于:氦氖光光源(2)产生的激光束(3)作为探测光， 经过全反镜(4)反射后入射到接收屏（1)上;接收屏（1)上标有刻度，可以获得反射光的位 移;全反镜(4)与铝块(5)粘在一起，铝块的正面有一个可以盛放甘油的坑(6)，入射激光(8) 经聚焦镜(7)聚焦后入射到甘油的底部;整个铝块(5)与全反镜(4)用细线将全反镜(9)悬挂 起来组成一个单摆。2. 根据权利要求1所述的一种等离子体动量测量装置，其特征在于:在铝块(5)的正面 中心位置有一个直径为2_、深度1.5_的圆柱形坑(6)，用于盛放甘油，并限制反冲方向。3. 根据权利要求1所述的一种等离子体动量测量装置，其特征在于:入射激光(8)为脉 冲激光。
【专利摘要】本实用新型公开了一种等离子体动量测量装置，包括一个氦氖光光源、全反镜、铝块、接收屏、入射激光和聚焦镜；氦氖光光源产生的激光束作为探测光，经过全反镜反射后入射到接收屏上；接收屏上标有刻度，可以获得反射光的位移；全反镜与铝块粘在一起，铝块的正面有一个可以盛放甘油的坑，入射激光经聚焦镜聚焦后入射到甘油的底部；整个铝块与全反镜用细线全反镜悬挂起来组成一个单摆。本实用新型采用掺杂碳的甘油，并通过测量装置获得该液体的比冲；与现有液体靶材相比，能够降低液体的溅射，提高比冲；其测量装置操作简单、数据图像完备准确、测量结果精准；适用于速度低、位移小的激光等离子体动量测量。
【IPC分类】H05H1/00
【公开号】CN205356787
【申请号】CN201521010033
【发明人】张思齐, 郑志远, 梁田, 汤伟冲, 肖珂, 梁文飞
【申请人】中国地质大学（北京）
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年12月8日