以不同孔径的阳极氧化铝(AAO)多孔材料作为研究对象,基于高速摄影和原子发射光谱分别研究了AAO孔径对激光诱导等离子体形态演变和温度的影响,利用吸收光谱及时域有限差分法对样品的光反射率进行测试与仿真分析。研究结果表明:在一定的孔径范围内,随着AAO孔径减小,等离子体的存在时间变长,光谱谱线强度变大,等离子体的电子温度升高;AAO的等离子体参数均大于抛光铝片的,其电子温度比抛光铝片的高2000~3500 K;在一定的孔径范围内,AAO孔径越小,光在样品内部的吸收系数越高,解释了等离子体增强的原因。

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题, 基于光子多普勒效应和自混频原理, 采用1 550 nm单模激光, 成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度, 结果显示: 该系统测试成功率高, 响应速度快, 获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比, 具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s～几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量, 也可应用于常规爆炸流场的测试。

为了研制具有高导通电流和高导通速率能力的单触发开关,利用微加工技术制备了基于Parylene C的三明治结构单触发开关.在主回路充电电压1.0 ~1.6 kV的范围内,分析了开关触发回路电流、电压特性,导通峰值电流、上升时间、开关延迟时间,并且对单触发开关的电感、电阻做了估算.结果表明,基于Parylene C的单触发开关性能优于基于聚酰亚胺的单触发开关;随着开关加载电压的升高,开关导通的峰值电流呈现不断增大的趋势,但是上升时间几乎不变,其延迟时间分布在1~200 μs之间,呈随机性分布,开关电阻随其作用时间增加不断增大.

开关技术是影响爆炸箔起爆系统可靠作用、微型化、低能化、集成化的关键技术。电爆炸平面开关是利用强脉冲电流使触发极金属桥箔发生电爆炸,产生高温高压等离子体,使爆炸桥区两侧的电极导通。基于微加工技术,采用Al/CuO复合薄膜材料作为触发电极,设计制造了微型平面复合薄膜电爆炸开关。采用扫描电子显微镜、差示扫描量热法和光谱谱线测温研究了触发极Al/CuO复合薄膜的形貌、反应性和电爆炸等离子体温度,通过放电电流测试研究了开关性能。结果表明,在主回路电压2000 V时,开关输出电流峰值约为1938 A,上升时间390 ns,性能优于仅以铜薄膜为触发电极的电爆炸平面开关。

采用真空磁控溅射方法制备了CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅷ/Al2O3/Al三种复合飞片, 利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜对复合飞片进行表征, 结果表明,不同材料膜层的分界面清晰可见, 复合薄膜的表面结构致密, 颗粒基本尺寸可以达到nm级, 均匀性好。利用光子多普勒测速技术对三种复合飞片速度进行测量, 结果表明: 将飞片靶放置在空气电离点偏前的位置(入射激光方向), 增大聚焦光斑, 能改善激光电离空气引起的能量屏蔽作用；含能烧蚀层CuO/Al的存在, 有助于提高飞片速度。在含能薄膜烧蚀层厚度一定的情况下, 增大周期、减小每层薄膜厚度, 有助于提高含能薄膜反应程度, 减小飞片上升沿时间。在同等激光能量密度下, (CuO/Al)Ⅷ/Al2O3/Al的上升沿时间低于(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al。

为了研究药剂配比对石墨/硝酸钾反应性光声特性的影响, 采用动态光声测试技术和差示扫描量热技术进行了研究, 在波长1.06μm、脉冲宽度为54μs的Nd∶YAG脉冲激光作用下, 同一配比的石墨/硝酸钾体系中, 激光能量越大光声信号越强; 不同配比药剂在同一激光能量下光声强度不同。石墨/硝酸钾质量比为25/75(3#样品)时, 光声信号最强; 为30/70(4#样品)时, 光声信号较弱。考察药剂达到光声信号峰值所用时间, 发现同一样品随着激光能量增大都呈现先增大后减小的趋势。结果表明, C/KNO3的配比不同, 化学反应不同, 热分析结果与光声实验结果可以相互印证。

为了研究激光点火过程中的化学反应历程，采用光谱分析方法分析研究了1064 nm脉冲激光作用下石墨/硝酸钾烟火药剂的激光烧蚀发射光谱。测试分析表明激光作用过程中烧蚀的光谱具有线状光谱的特性，波长主要分布在300~600 nm之间。光谱谱线揭示了烧蚀解离的谱线组成主要有N、O、C、K的原子光谱和离子光谱，在能量密度为46.7 J/cm2的激光作用下，NⅡ385.61 nm谱线最强，OⅡ441.70 nm谱线最弱。烧蚀产物在气相中发生燃烧反应。

激光点火性能与边界条件具有密切关系,影响到激光点火的感度和点火延迟时间,对激光点火元件的设计具有关键作用。针对空气介质,K9玻璃透窗介质和在K9玻璃上真空磁控溅射镀制的Cu膜介质等3种边界条件,对B/KNO3和B/KNO3/酚醛树脂的1.06 μm脉冲激光点火性能进行了实验测试。结果表明,K9透窗对约束药剂表面烧蚀、气化产生的蒸气有显著作用,可以明显增加药剂点火感度并减少药剂点火延滞期;镀膜透窗增强了点火过程中药剂表面的等离子体,减少了点火延滞期,但却由于铜膜对激光的反射以及产生等离子体所消耗的能量,降低了点火感度。

硼-硝酸钾是一种重要的含能材料，其氧/燃比与药剂的点火和燃烧性能有密切关系。为了掌握氧/燃比与激光点火性能的关系，对不同配比的硼-硝酸钾及其酚醛树脂掺杂物进行激光点火特性实验研究、热力学参数计算分析和热分析。结果表明,硼-硝酸钾的激光点火过程由激光烧蚀、热化学反应和自持燃烧等阶段构成; 随着硼质量分数从30%增加到70%，50%发火的激光点火阈值存在一个最小值，分别为7.6 mJ（m(B)∶m(KNO3)：50∶50）和4.05 mJ（m(B)∶m(KNO3)∶m(酚醛树脂)：40∶50∶5）; 激光点火延迟时间与激光点火能量密度的关系近似为线性递减关系，并且具有较低激光点火能量阈值的配比也具有较短的激光点火延迟时间; 酚醛树脂将B-KNO3的化学反应起始温度从556 ℃降低到548 ℃，化学反应放热量从1.86 kJ/g增大到2.21 kJ/g，提高了激光点火感度和缩短了点火延迟时间。

为了掌握激光点火中烧蚀和等离子体的特性, 采用平行电极板法研究了脉冲Nd∶YAG激光对硼-硝酸钾点火时的激光烧蚀等离子体导电特性和特征参数值。实验获得了B-KNO3(m(B)∶m(KNO3)=40∶60)和B-KNO3-酚醛树脂(m(B)∶m(KNO3)∶m(phenolic resin)=40∶60∶0.5)的等离子体形成的临界能量密度值分别为34.07±8.06 J/cm2和28.56±2.62 J/cm2, 电荷通量值和平均动能值分别为1.82×10-5 C/(mm2·s), 10.85×103 eV(62.05 J/cm2)和2.29×10-5 C/(mm2·s), 13.61×103 eV (60.80 J/cm2)。激光形成等离子体的点火延迟时间随着激光能量密度的增大而呈指数衰减, 在较低能量密度下掺杂酚醛树脂的B-KNO3的点火延迟时间比无酚醛树脂的B-KNO3长, 但是当能量密度达到35 J/cm2时两者相同。研究表明,酚醛树脂有助于B-KNO3的烧蚀, 并且形成的可反应性烧蚀产物具有较高离子浓度和动能。