申请/专利权人：中国工程物理研究院化工材料研究所

申请日：2018-09-28

公开（公告）日：2020-10-23

公开（公告）号：CN109352181B

主分类号：B23K26/362(20140101)

分类号：B23K26/362(20140101);B23K26/70(20140101);G01R19/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.23#授权;2019.03.15#实质审查的生效;2019.02.19#公开

摘要：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。

主权项：1.一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，其特征在于，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；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。

全文数据：激光烧蚀金属材料作用时间测试装置及方法技术领域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。发明内容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。

权利要求：1.一种激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的激光烧蚀金属材料作用时间测试装置，其特征在于，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。6.一种激光烧蚀金属材料作用时间测试方法，其特征在于，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。

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