基于双曝光阴影法的激光冲击波传播特性研究(2)
1.2 激光冲击波概念
激光冲击波主要是利用极高功率的短脉冲激光辐照射样品表面, 产生高温高压的等离子体，从而在材料内部产生的高压冲击波,。激光冲击波技术具有颇多优点，例如小区域的热影响、具有高压可叠加性、可以较为容易的定位出精确的位置并控制。因而，例如在提高金属材料的疲劳寿命，材料冲击成形以及驱动空间飞行器等领域上都可以较为广泛的用到激光冲击波。随着激光器件及激光系统的飞速发展,激光技术已经被广泛应用于加工各种工业材料、生物科技，医疗器械、通信大容量存储、计量以及检测等众多的领域，并且为这些科技以及领域带来了很多便利。因此对激光冲击波的科学研究引起了科学家们浓厚的兴趣，更多人开始重视激光冲击波的研究，并了解到其重要性。
在激光加载的最初级的阶段里，样品表面光斑的边缘位置处会产生最大的应力，然而样品表面的中心区域的波动则并没有那么大，在1000 后，样品表面的波传播至样品上的凹模口的对应位置汇合，同时中心位置区域的应力可以增大至 200 。在本论文中讲讨论，运用双曝光阴影法研究激光冲击波的传播特性，也就是说双曝光可以在极其短的时间内捕捉到其变化特性。双曝光（二次曝光法）是在同一张底片记录两个不同时刻，两个不同的物体产生形变之前的全息图，以及产生形变之后的两个状态的全息图,经过实验室化学处理后,在原来的参考光照明的状态下重现时,将不同的两个时刻记录的两个物像同时叠加在一起,并且发生干涉。此方法中我们可以更好的观察并分析整个过程中激光冲击波的各种变化特性以及传播方向，方式。
1.3 激光冲击波的应用
1.3.1 激光冲击强化
当作用在金属材料表面的激光的功率密度大于 的时候, 金属材料表面受热气的影响会在短时间内产生等离子体,由于这些等离子体的爆炸将会在金属材料的表面产生冲击波, 此过程中，在激光冲击波的作用下, 材料整体的力学性能将会得到显著的改善。样品在约束层的下, 冲击波的峰值压力可以达到10 ，此时为最高压力。国内外的各个科学研究报告可以表明, 这些强化激光的冲击可以非常有效地提高铝合金、碳钢、镍基合金、不锈钢、以及铸铁等多种金属材料的硬度和疲劳寿命。金属表面上残余的应力的存在将会非常有效地影响到这些金属材料的疲劳寿命的提高的问题上。同时 ,材料的硬度和弯曲应力，在材料受到冲击后发生的一系列改变而得到明显的提高，这种改变正是在整个冲击过后在材料中存在的高密度的位错和位相的整体变化中产生的。激光冲击强化比起传统的一些其他强化工艺，例如喷丸强化、锻打等相比是一种更为洁净、并且无公害的环保处理方法。此外因为激光冲击处理的优点也很多比如柔性强, 所以在工业上可处理工件的圆角、拐角等应力集中部位是可以很好利用激光冲击处理。
近几年国外进行激光冲击强化研究时所用激光器普遍为的钕玻璃激光器。钕玻璃在实验过程中应用的激光器输出能量为80～100 , 脉冲带宽为3～30 , 照射光斑直径约为 。使用时，当光束聚焦在金属表面的时候样品表面的气化将会达到非常非常高的温度(约为10000 )并且产生一系列高压力的等离子体( 量级) , 等离子体在其爆炸之后会产生与炸药爆炸类似的高压，高速的冲击波。激光冲击强化的过程中强化可以被分为有约束层(confined- plasma) 和无约束层(direct ablation) 两种类型。将一束光透过水或玻璃被样品的吸收层吸收, 在这一瞬间吸收层部分将被汽化并且产生等离子体,被约束在约束层和样品之间的等离子体,根据周围环境中的理想气体遵循的状态方程, 比起在有约束层的情况下，无约束层的情况获得冲击波峰压是更高的。同时在有约束层的情况下, 冲击波持续的时间为无约束层的情况冲击波持续的时间的二到三倍。