虽然早在60年代,在液体中激光等离子体已经做了一些工作,但是直到上个世纪80年代中期,由于这方面的不了解,一些著名的非线性光学论著在讨论光学击穿时,忽略了液体中的LIB(激光诱导等离子体效应)[2]。79694

Zel’dovich&Raizel在1965年首先提出了基于经典自由电子模型的气体雪崩电离表达式。该模型假设电子的产生和随后的电子雪崩倍增效应是两个相继独立过程,但是模型比较粗糙,仅限于对雪崩电离过程作一简单的描述[3]。阿姆斯特朗实验室光辐射司在多年的实验和理论研究方案,研究激光脉冲超短如何互动,通过传播和损害眼组织。其中一个主要的研究目标是为了获得激光诱导击穿(LIB)的实验和对理论的理解作为一个可能的眼损伤的机制。在眼造成LIB的损害的理论理解将在激光安全,如在建模超短脉冲眼损伤的工具,激光医学,其中LIB被广泛地用作眼科激光手术的切削工具。水下光学击穿的物理学的理解将通过实验测量耦合到理论模型和数值计算来获得。要研究的现象是:1)对应于故障在眼媒体和用作模拟物用于眼介质,诸如水和盐水的溶液流体的照度的阈值。2)所得等离子体的位置,大小,温度和时间的变化。3)发生之后等离子体衰变现象,如空化气泡。

1971年,Felix和Ellis描述了水的LIB导致的一系列复杂现象的第一次定量。随后更多的研究者才进行更深入的研究。近10年来有过许多的研究成果,然而这些成果集中在眼睛中LIB的安全和医疗方面[4]。1973年Yablonovitc提出采用相似性原理来描述雪崩电离过程,但由于该理论要求电子提出采用相对性原理来描述雪崩电离过程,但由于该理论要求电子在碰撞之间获得的能量比光子能量大的多,因此该模型收到许多人的质疑。1974年之前,激光对固体击穿机制方面的研究理论一直滞后于气体,直到Bloembergen提出一个较完备的固体击穿模型,并给出阀值比率的概念。1981年,Fpifanov在此基础进一步研究讨论固体中雪崩电离机制。之后,许多学者对激光诱导的光学击穿阀值与激光脉宽、波长和入射光强等参量进行大量研究。例如Koechneu(1994)、Niemz(1995)、等都有文献报道。

水下光学击穿光学击穿现象的实验研究始于1968年。Barnes最早观察到水下诱导的等离子体闪光现象。之后许多学者对液体(包括水或水溶液)击穿问题进行大量的实验研究工作,这些实验主要围绕击穿阀值、等离子体密度、吸收系数等方面。如Felix(1971)、Fujimoto(1985)、Docchio(1986)等。论文网

1991年,Sacchi[5]对Shockly[6]和Baraff[7]有关半导体材料的击穿理论进行了修正,并将一阶模型(First-order)成功应用于水下光学击穿现象的分析。Kenned(1995)认为由于水下击穿行为类似于固体击穿[5],因此将水作为无定形半导体处理,结合Bloembergen的固体雪崩击穿模型和Keldysh的晶体中多光子电离击穿模型,提出水下击穿的一阶模型。1990年,我国丁世良等人[8]则从量子理论入手,利用Hamiltonian算子在强激光场中水分子的多光子激发和能量吸收。1997年,Feng[11]等人从超短脉冲激光(脉宽为200ps~100fs)诱导水产生光学击穿的角度入手,进一步研究自聚焦和群速度色散效应对水击穿阀值的影响[9]。Noack[12]1999年对脉宽从100ns到100fs的高功率激光作用下自由电子的发展过程进行了数值模拟,研究了激光诱导水击穿相对应阀值、激光等离子体的吸收系数和能量分布等问题。

1976年M。Sparks从热传导方程推出靶材表面的温度分布函数,并在其建立的模型中考虑了等离子体对靶材表面温度的影响。1996年A。D。Boardman等人在建立模型时考虑了激光等离子体的屏蔽效应。P。E。Nielsen等人于1997年从理论方面上对高能量的激光与物质发生耦合进行研究。JamesG。Lunney等人则在1998年建立能对激光加热导致的靶材熔融的物理过程进行描述和数学模型的建模。1999年Gnedovets等人对金属蒸汽与背景气体的混合物进行了研究,建立了基于流体力学方程之上的相关模型,并且对两者的相互作用做了相关讨论。

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