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聚焦輻照條件對(duì)脈沖 CO2激光誘導(dǎo)液體氣穴通道效應(yīng)的影響
（論文部分內(nèi)容摘抄）
利用高速攝像技術(shù)檢測(cè)脈沖
CO2激光誘導(dǎo)液體氣穴通道形成、發(fā)展和坍塌的動(dòng)態(tài)過程，考察不同聚焦輻照條件對(duì)氣穴效應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)獲得了氣穴通道脈動(dòng)過程的序列圖像，得到了表征氣穴通道特性的參數(shù)（如比較大穿透深度等）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同聚焦條件對(duì)氣穴通道的動(dòng)力學(xué)過程有影響。正離焦及焦點(diǎn)位置條件下，氣穴通道在比較大縱深時(shí)，整體形態(tài)類似于漏斗狀，而負(fù)離焦條件下，則呈 U 形。研究結(jié)果對(duì)激光醫(yī)療、激光水下加工、能源等領(lǐng)域的研究具有一定的參考價(jià)值。
實(shí)驗(yàn)裝置：
基于高速攝像技術(shù)的激光誘導(dǎo)液體介質(zhì)氣穴通道效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)如圖所示。系統(tǒng)光源為脈沖 CO2激光，純水對(duì)該波長激光，穿透。激光諧振腔發(fā)出的基模輻射場(chǎng)，其橫截面的振幅分布遵守高斯函數(shù)，故稱高斯光束。本文采用的脈沖 CO2激光符合高斯函數(shù)分布，束腰位置光斑，能量密度比較大，隨著偏離束腰位置距離的增加，能量密度逐漸減小，且關(guān)于束腰位置對(duì)稱分布。保持激光光束位置不變，調(diào)整自由液面高度，使液面處的激光分別處于正離焦、焦點(diǎn)位置、負(fù)離焦這三種輻照條件下。在純水液面，當(dāng)激光能量密度超過氣穴通道的產(chǎn)生閾值時(shí)，將產(chǎn)生氣穴通道。每種聚焦輻照條件下重復(fù) 8 次實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)采用高速攝影法，利用高速攝像機(jī)記錄氣穴通道從形成到潰滅的完整過程，使用圖像處理技術(shù)處理獲得的序列圖像，可以得到表征氣穴通道特性的參數(shù)，原理相對(duì)簡單，實(shí)驗(yàn)易于操作。采用的超高速攝像機(jī)為廣州市元奧儀器有限公司的（pco.dimax型號(hào)）高速相機(jī)，實(shí)驗(yàn)根據(jù)相機(jī)設(shè)置及拍攝范圍調(diào)節(jié)拍攝幀數(shù)為 58465fps，圖像尺寸為 144pixel×168 pixel，曝光時(shí)間為 1 μs，相機(jī)捕捉到的圖片的橫縱坐標(biāo)尺度完全相同。實(shí)驗(yàn)采用透光式拍攝，照明光透過玻璃容器進(jìn)入高速攝像機(jī)鏡頭，由于照明光在氣穴通道處發(fā)生折射，導(dǎo)致進(jìn)入攝像機(jī)的光減少，使氣穴通道較暗，而氣穴通道以外的純水部分則較為明亮。
圖中黑色的部分為氣穴通道或氣泡，顏色較為明亮的背景為純水。
采用高速攝像技術(shù)對(duì)不同聚焦條件下脈沖
CO2激光誘導(dǎo)純水介質(zhì)氣穴通道形成、發(fā)展、潰滅的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖像處理與數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，不同聚焦輻照條件下的氣穴通道形態(tài)、生長過程具有各自不同的特點(diǎn)，即氣穴通道的生長形態(tài)依賴于聚焦輻照條件：焦點(diǎn)位置及正離焦條件下的氣穴通道在比較大縱深時(shí)，整體形態(tài)類似于漏斗狀，負(fù)離焦條件下則呈 U 形。
在正離焦以及焦點(diǎn)位置條件下監(jiān)測(cè)到二次氣穴產(chǎn)生、發(fā)展的完整過程，說明激光能夠穿過氣穴通道作用于底部。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)激光醫(yī)療、激光水下加工、能源等領(lǐng)域的研究具有一定的參考價(jià)值。
德國 Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、高幀率的優(yōu)點(diǎn)，將高速實(shí)驗(yàn)過程完美記錄，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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