激光烧蚀金属材料作用时间测试装置及方法与流程

本发明涉及激光与物质相互作用技术领域，具体涉及一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置及方法

背景技术：

在激光与物质的相互作用下，激光已经成为了探索物质的重要手段，在材料与能源上有着应用前景，无论是对物理学、化学还是生物、材料学都进行了相互渗透，成为重要的研究领域。激光烧蚀金属材料产生等离子体过程成为重点研究方向，利用等离子高温可用于点火药、起爆药的引燃或引爆；利用等离子体压力可用于火箭、卫星等推进系统；利用等离子体中原子和离子的发射光谱可进行材料定性和定量分析。激光烧蚀金属材料过程及其复杂，涉及到电子吸收能量过程、电子与离子碰撞过程、晶格振动过程等，难以判断金属材料等离子体产生过程，只能借助超高速摄影、等离子体发射光谱等外部手段判断等离子体的特征参数，不能测试激光烧蚀等离子体作用时间，给阐释激光烧蚀金属材料物理过程带来困难。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置及方法，能够实现激光烧蚀金属材料作用时间测试，能反映金属材料吸收能量后物理过程，为研究激光与物质的相互作用提供测试方法。

为了达到上述技术效果，本发明提供了一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，包括恒压源或恒流源、金属材料、示波器、信号发生器、激光器、电流测试仪和电压测试仪，所述恒压源或恒流源用于为金属材料提供电压或电流，所述示波器用于记录电压值和电流值，所述信号发生器用于触发激光器产生激光，所述激光器用于产生激光并作用在金属材料上。

进一步的技术方案为，所述电压测试仪并联在所述金属材料的两侧，用于测量金属材料两端的电压。

进一步的技术方案为，所述电流测试仪与所述金属材料串联，用于测试流过所述金属材料的电流。

进一步的技术方案为，所述金属材料的中间部分为桥区，所述激光器产生的激光作用在金属材料的桥区中，所述桥区两侧为桥翼。

进一步的技术方案为，所述示波器分别与所述电流测试仪、电压测试仪和激光器连接，所述示波器记录三个通道信号，分别为金属材料两端电压信号、电流信号和产生激光的信号。

本发明还提供了一种激光烧蚀金属材料作用时间测试方法，包括以下步骤：激光器产生激光束作用于金属材料桥区后，迅速熔化、气化甚至产生等离子体，金属材料的电阻随着金属材料物理状态的变化而发生急剧变化，当金属材料气化时其电阻率达到最大，丧失金属性，金属材料桥区两端电压最大，等离子体产生后由于所述金属材料导电特性使电阻迅速降低，桥区两端电压降低；示波器记录金属材料两端的电压/电流曲线测试激光烧蚀金属材料等离子体产生时间，判断等离子产生过程，获得其作用时间。

本发明具有如下有益效果：本发明通过激光烧蚀金属材料桥区，利用桥区两端两端电压/电流曲线变化获得激光烧蚀金属材料作用时间的测试，可实现激光烧蚀金属材料作用时间测试，能反映金属材料吸收能量后物理过程，为研究激光与物质的相互作用提供测试方法。

附图说明

图1为激光烧蚀金属材料作用时间测试回路示意图；

图2为金属材料的结构示意图；

图3为激光烧蚀金属材料测试结果；

其中，1-恒压源或恒流源，2-金属材料，3-示波器，4-信号发生器，5-激光器，6-金属材料桥区，7-金属材料桥翼。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

如图1和图2所示，本发明提供了一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，包括恒压源或恒流源1、金属材料2、示波器3、信号发生器4、激光器5、电流测试仪和电压测试仪，恒压源或恒流源1用于为金属材料2提供电压或电流，示波器3用于记录电压值和电流值，当无激光加载时，示波器3记录恒压源或恒流源1提供的电流或电压值。信号发生器4用于触发激光器产生激光，激光器5用于产生激光并作用在金属材料上，金属材料形状设计如图2所示，中间为桥区6，两边为桥翼7，其中桥区的尺寸可根据激光光斑直径进行调整，以便保证激光束全作用于桥区中。电压测试仪并联在所述金属材料的两侧，用于测量金属材料两端的电压。电流测试仪与金属材料串联，用于测试流过所述金属材料的电流。示波器3分别与所述电流测试仪、电压测试仪和激光器5连接，示波器3记录三个通道信号，分别为金属材料两端电压信号、电流信号和产生激光的信号。

实施例2

本发明提供了一种激光烧蚀金属材料作用时间测试方法，具体为：激光器产生激光束作用于金属材料桥区后，迅速熔化、气化甚至产生等离子体，其电阻随着金属材料物理状态发生急剧变化，当气化时电阻率达到最大，丧失金属性，桥区两端电压最大，等离子体产生后由于其导电特性使电阻迅速降低，桥区两端电压降低。因此可通过示波器记录金属材料两端的电压/电流曲线测试激光烧蚀金属材料等离子体产生时间，判断等离子产生过程，获得其作用时间。作用时间起始信号为激光器产生激光时刻，由激光器自带信号输出，其中激光器由信号发生器触发。因此，示波器一共记录三个通道信号，分别为桥区两端电压信号、电流信号和产生激光的信号，其中以激光信号为触发信号。

利用上述方法对激光烧蚀铜桥作用时间进行测试，如图3所示。黑色为激光输出信号为激光烧蚀铜薄膜始发时间，铜膜接受激光能量后，发生熔化-气化-等离子体过程，其铜桥电阻随着物理状态转变迅速响应，其电压增加。电压峰值时刻对应于金属桥发生气化的时间。试验结果表明，利用上述方法可实现激光烧蚀金属材料作用时间测试，能反映金属材料吸收能量后物理过程，为研究激光与物质的相互作用提供测试方法。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置及方法，包括恒压源或恒流源、金属材料、示波器、信号发生器、激光器、电流测试仪和电压测试仪，所述恒压源或恒流源用于为金属材料提供电压或电流，所述示波器用于记录电压值和电流值，所述信号发生器用于触发激光器产生激光，所述激光器用于产生激光并作用在金属材料上。该方法能够实现激光烧蚀金属材料作用时间测试，能反映金属材料吸收能量后物理过程，为研究激光与物质的相互作用提供测试方法。

技术研发人员：王窈;王亮;李勇;邢宗仁;覃文志;唐舵;高原;吉祥波
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院化工材料研究所
技术研发日：2018.09.28
技术公布日：2019.02.19