Разработка методики комбинированной интерферометрии светоэрозионных потоков и комплексной автоматизированной обработки ее результатов
Опубликовано: 19.11.2013
Авторы: Локтионов Е.Ю., Протасов Ю.С., Протасов Ю.Ю., Телех В.Д., Хазиев Р.Р.
Опубликовано в выпуске: #10(22)/2013
DOI: 10.18698/2308-6033-2013-10-1037
Раздел: Машиностроение | Рубрика: Плазменные технологии
Впервые разработаны методики регистрации и автоматизированной обработки результатов комбинированной интерферометрии светоэрозионных газоплазменных потоков и данных о массовом расходе вещества мишени. Применение методики обработки позволило оценить пространственно-временное распределение оптических (коэффициенты преломления и поглощения), теплофизических (температура, плотность, концентрация электронов), газодинамических (распределение частиц по скоростям, среднемассовая скорость, давление) и оптико-механических (удельный механический импульс отдачи) характеристик светоэрозионных газоплазменных потоков. Рассмотрены особенности применения частотных фильтров на различных этапах автоматизированной обработки результатов измерений. Приведены примеры обработки экспериментальных данных, полученных при воздействии ультракоротких лазерных импульсов на конденсированные среды с использованием предлагаемой методики. В частности, впервые экспериментально получено пространственно-временное распределение статического и полного давления в светоэрозионных газоплазменных потоках.
Литература
[1] Букин О.А., Ильин А.А., Кульчин Ю.Н., Нагорный И.Г., Павлов А.Н., Буланов А.В. Взаимодействие лазерных плазм при оптическом пробое в нормальной атмосфере. Квантовая электроника, 2006, т. 36, № 3, с. 553-556
[2] Ситников Д. С., Комаров П. С., Овчинников А.В., Ашитков С.И. Фемтосекундная Фурье-интерферометрия неидеальной плазмы. ЖТФ, 2009, т. 79, № 4, с. 75-81
[3] Bulatov V., Xu L., Schechter I. Spectroscopic Imaging of Laser-Induced Plasma. Analytical Chemistry, 1996. vol. 68, no. 17, pp. 2966-2973
[4] Waugh J., Gregory C., Wilson L., Loupias B., Brambrink E., Koenig M., Sa-kawa Y., Kuramitsu Y., Takabe H., Kodama R., Woolsey N. A jet production experiment using the high-repetition rate Astra laser. Astrophysics and Space Science, 2009, vol. 322, no. 1, pp. 31-35
[5] Vogel N., Kochan N. Interferometric diagnostic of picosecond laser ablation in air. Applied Surface Science, 1998, vol. 127-129, pp. 928-934
[6] Breitling D., Schittenhelm H., Berger P., Dausinger F., Hugel H. Shadowgraph-ic and interferometric investigations on Nd:YAG laser-induced vapor/plasma plumes for different processing wavelengths. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 1999, vol. 69, pp. S505-S508
[7] Amer E., Gren P., Kaplan A.F.H., Sj^ahl M., El Shaer M. Comparison of the laser ablation process on Zn and Ti using pulsed digital holographic interferometry. Applied Surface Science, 2010, vol. 256, no. 14, pp. 4633-4641
[8] Локтионов Е.Ю., Овчинников А.В., Протасов Ю.Ю., Ситников Д.С. Экспериментально-диагностический модуль для сверхскоростной комбинированной интерферометрии процессов взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с конденсированными средами в вакууме. Приборы и техника эксперимента, 2010, № 3, c. 104-110
[9] Локтионов Е.Ю., Овчинников А.В., Протасов Ю.Ю., Ситников Д.С. Методика экспериментального определения удельного механического импульса отдачи при фемтосекундной лазерной абляции конденсированных сред в вакууме. Приборы и техника эксперимента, 2010, № 4, c. 140-144
[10] Cristoforetti G., De Giacomo A., Dell'Aglio M., Legnaioli S., Tognoni E., Pal-leschi V., Omenetto N. Local Thermodynamic Equilibrium in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: Beyond the McWhirter criterion. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2010, vol. 65, no. 1, pp. 86-95
[11] Фортов В.Е., ред. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. В 4 кн. Вводный том. Москва, Наука, 2000
[12] Axente E., Noel S., Hermann J., Sentis M., Mihailescu I.N. Subpicosecond laser ablation of copper and fused silica: Initiation threshold and plasma expansion. Applied Surface Science, 2009, vol. 255, no. 24, pp. 9734-9737
[13] Santagata A., Teghil R., De Giacomo A., Dell'Aglio M., Parisi G.P., De Bonis A., Galasso A. Optical emission spectroscopy investigation of an ultra-short laser induced titanium plasma reheated by a ns laser pulse. Applied Surface Science, 2007, vol. 253, no. 19, pp. 7792-7797
[14] Yang Y.-N., Yang B., Zhu J.-R., Shen Z.-H., Lu J., Ni X.-W. Theoretical analysis and numerical simulation of the impulse delivering from laser-produced plasma to solid target. Chinese Physics B, 2008, vol. 17, no. 4, p. 1318
[15] Kalal M., Nugent K.A., Luther-Davies B. Phase-amplitude imaging: its application to fully automated analysis of magnetic field measurements in laser-produced plasmas. Appl. Opt, 1987, vol. 26, no. 9, pp. 1674-1679
[16] Takeda M., Ina H., Kobayashi S. Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry. J. Opt. Soc. Am., 1982, vol. 72, no. 1, pp. 156-160
[17] Kasperczuk A., Pisarczyk T. Application of automated interferometric system for investigation of the behaviour of a laser-produced plasma in strong external magnetic fields. Optica Applicata, 2001, vol. 31, no. 3, pp. 571-597
[18] Ershov-Pavlov E.A., Katsalap K.Y., Stepanov K.L., Stankevich Y.A. Time-space distribution of laser-induced plasma parameters and its influence on emission spectra of the laser plumes. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2008, vol. 63, no. 10, pp. 1024-1037
[19] Сизиков В.С., Смирнов А.В., Федоров Б.А. Численное решение сингулярного интегрального уравнения Абеля методом обобщенных квадратур. Известия вузов. Математика, 2004, № 8 (507), c. 62-70
[20] Bioucas-Dias J., Valadao G. Discontinuity Preserving Phase Unwrapping Using Graph Cuts. Rangarajan A., Vemuri B (eds.). Energy Minimization Methods in Computer Vision and Pattern Recognition. Berlin Heildelberg, Springer, 2005, pp. 268-284
[21] Sangines de Castro R., Sobral H., Sanchez-Ake C., Villagran-Muniz M. Two-color interferometry and fast photography measurements of dual-pulsed laser ablation on graphite targets. Physics Letters A, 2006, vol. 357, no. 4-5, pp. 351-354
[22] Зайдель А.Н., Островская Г.В. Лазерные методы исследования плазмы. Ленинград, Наука, 1977, 220 с.
[23] D’Alessio L., Galasso A., Santagata A., Teghil R., Villani A.R., Villani P., Zaccagnino M. Plume dynamics in TiC laser ablation. Applied Surface Science, 2003, vol. 208-209, pp. 113-118
[24] Grojo D., Hermann J., Perrone A. Plasma analyses during femtosecond laser ablation of Ti, Zr, and Hf. Journal of Applied Physics, 2005, vol. 97, no. 6, p. 063306-9
[25] Schittenhelm H., Callies G., Straub A., Berger P., Hugel H. Measurements of wavelength-dependent transmission in excimer laser-induced plasma plumes and their interpretation. Journal of Physics D: Applied Physics, 1998, vol. 31, no. 4, pp. 418-427
[26] Axente E., Mihailescu I.N., Hermann J., Itina T.E. Probing electron-phonon coupling in metals via observations of ablation plumes produced by two delayed short laser pulses. Applied Physics Letters, 2011, vol. 99, no. 8, p. 081502
[27] Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Москва, Наука, 1966, 686 с.
[28] Amoruso S., Wang X., Altucci C., de Lisio C., Armenante M., Bruzzese R., Spinelli N., Velotta R. Double-peak distribution of electron and ion emission profile during femtosecond laser ablation of metals. Applied Surface Science, 2002, vol. 186, no. 1-4, pp. 358-363
[29] Гришин С. Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. Москва, Машиностроение, 1989, 216 с.
[30] Press W.H. Numerical recipes in C++: the art of scientific computing. Cambridge: Cambridge, University Press, 2007, 1235 p.
[31] Jain A.K., Murty M.N., Flynn P.J. Data clustering: a review. ACM Comput. Surv, 1999, vol. 31, no. 3, pp. 264-323
[32] Smith S.W. The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing. San Diego, California Technical Publishing, 2003, 640 p.
[33] Elliott D.F. Handbook of Digital Signal Processing: Engineering Applications. St. Louis, Academic Press, 1987, 999 p.
[34] Kumar B.P. Digital signal processing laboratory. Boca Raton, CRC Press, 2005, 245 p.
[35] Kalal M., Nugent K.A. Abel inversion using fast Fourier transforms. Appl. Opt., 1988, vol. 27, no. 10, pp. 1956-1959