在液体约束下通过激光冲击处理材料的系统和方法与流程

1.本发明涉及基于生成被约束到待处理靶材表面的等离子体并且其在材料中生成冲击波而通过激光冲击进行材料处理的领域。


背景技术：

2.激光冲击是一种激光方法，使得能够向靶材(通常为金属或由复合材料制成)快速施加能量，以便建立极高压力的等离子体。通过这种方法，生成极强的冲击波(压力为gpa量级)，使得能够执行各种应用。
3.现有技术已知的实施激光冲击处理的系统5的一个示例被示于图1中。它包括生成脉冲lp形式的光束b的脉冲激光器l以及焦距为f的聚焦光学装置cod，其被配置成将光束b聚焦在待处理靶材tar的表面上。常规上，靶材并不放在装置cod的焦平面中，因为对于上述应用而言，光束直径是在与约束介质的界面处在靶材表面上寻找的，其为毫米量级(通常在0.3mm和10mm之间)。
4.激光器通过激光烧蚀生成极高压力的等离子体plconf。约束介质被放在激光烧蚀的表面上。最常见的并且工业实用的约束是对激光透明的介质(水、其他激光透明液体、石英、聚合物胶带等)的薄层cl，通常厚度为1到几mm。受约束的条件使得能够相当大地增大等离子体的压力及其施加在靶材上的持续时间。任选地，在待处理靶材上沉积热保护涂层hpc。利用这种系统，生成极强的冲击波oc，压力为gpa量级，使得能够执行不同的应用。
5.例如，在如下出版物中描述了激光/材料交互和激光冲击处理：
[0006]-sollier等人：“laser-matter interaction in laser shock processing(激光冲击处理中的激光-物质相互作
[0007]
用)”,first international symposium on high power laser macroprocessing(首届大功率激光宏观处
[0008]
理国际研讨会),spie n
°
4831,第463-467页(2003),
[0009]-j.t wang等人：“effects of laser shock peening on stress corrosion behavior of 7075aluminium alloy laser welded joints(激光冲击喷丸对7075铝合金激光焊接接头的应力腐蚀行为的影响)”,material science&engineering(材料科学与工程)a647第7-14页(2015)。
[0010]
为了在良好条件下生成等离子体并因此生成冲击波以施加处理，应当使用具有通常介于1ns和30ns之间的脉冲持续时间τ和介于0.5和10j之间的能量e、根据0.3和10mm之间的尺寸对焦于靶材上的激光，这些不同的参数是根据目标应用选择的。
[0011]
主要应用是：
[0012]-激光冲击粘合和拆卸测试(lasat-激光冲击粘合测试)；由两个激光脉冲生成两个冲击波，这两个
[0013]
激光脉冲在时间上交错并在待测试或待拆卸组件的接头处汇合，必需要有强的拉伸应变(参考出版物：berthe等人：“state-of-the-art laser adhesion test(最先进的激
光粘合测试)(lasat)”,nondestructive testing and evaluation(无损检验与评估)，第26卷，第3
–
4期，第303
–
317页(2011)),
[0014]-通过激光喷丸进行表面强化(lsp-激光冲击喷丸)；通过等离子体施加高压，并经由冲击波传输到靶
[0015]
材，使得能够使靶材塑化并增强其性质(强度、寿命等)(参考出版物：montross等人：“laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys:a review(激光冲击加工及其对金属合金的微结构和性能的影响：回顾)”,international journal of fatigue 24(国际
[0016]
疲劳杂志)24，第1021
–
1036页(2002年))，
[0017]-高压下对材料的表征。
[0018]
这些应用主要涉及科学研究和工业活动的不同领域，例如航空、核能或航海。
[0019]
对于这些系统而言重要的参数是以gw/cm2为单位表达的辐照靶材的功率密度或强度i，因为所生成的压力与激光强度的平方根成比例(例如，参见fabbro等人的出版物：“physical study of laser produced plasma in confined geometry(受限几何中激光产生的等离子体的物理研究)”,journal of applied physics(应用物理学杂志),68(2),第775
–
784页(1990))。
[0020][0021]
根据以下公式定义激光强度i(gw/cm2)：
[0022][0023]
其中，e是每脉冲的激光能量(j)，τ是激光脉冲持续时间(ns)，并且s是被激光辐照的表面积(cm2)。
[0024]
不过，不可能通过提高辐照靶材的激光强度而无限地提高所生成的压力，因为透射到靶材的激光强度通过发生于约束表面上的击穿机制而饱和。实际上，激光冲击中激光/材料交互的方案涉及两种不同类型的等离子体：受约束的等离子体plconf和击穿等离子体plbk/s，受约束的等离子体在靶材表面处，即在靶材-约束液体界面处发展，如图1所示，击穿等离子体在液体的表面上发生，如图2中所示，并且是因为约束介质的电离现象而发生的。
[0025]
这种击穿等离子体例如在sollier等人的出版物中被研究过：“numerical modeling of the transmission of breakdown plasma generated in water during laser shock processing(激光冲击处理期间在水中产生的击穿等离子体的透射率的数值模拟)”,eur.phys.ap(欧洲物理，应用物理)，第16卷，第131-139页(2001)。
[0026]
击穿等离子体plbk/s的出现对于激光辐射而言是不透明的，从而吸收激光脉冲中包含的能量的剩余部分。这种击穿现象导致受约束的激光冲击辐照靶材的最大强度由约束介质中的击穿阈值强度限制。这种现象可以在上述出版物的图5中看到：约束介质(这里为水)表面上的超过阈值的入射强度(将被称为lbk)大约为8gw/cm2(例如，λ＝1064nm并且τ＝25ns)，约束介质透射的脉冲的强度在入射强度增大时饱和。
[0027]
因此，激光冲击能够生成的最大压力受到限制。由于水层的厚度与所用焦距相比
很小(例如，厚度为1到3mm，焦距为300到500mm)，所以可以认为靶材表面上的强度ist基本等于水表面上的强度isl，因此可以施加到靶材表面上的最大强度也是8gw/cm2。利用这一所施加的强度8gw/cm2，在5-15ns脉冲持续时间范围内，激光冲击获得的最大压力大约为8gpa。
[0028]
为了能够拆卸特定强度或厚度的组件，当前激光冲击获得的压力还是过低。同样，通常需要比屈服强度大2.5倍的压力才能够通过激光喷丸最优地强化靶材，因此，当前的压力不能处理所有材料，尤其是最强的材料。
[0029]
于是，能够提高最大压力值会使得能够解决现有尚未满足的需求。
[0030]
现在有几种方案可能提高靶材上的压力：
[0031]
减小激光脉冲持续时间。
[0032]
文献(试验地和理论地)中证实：在给定的约束介质中，击穿阈值激光强度ipk与激光脉冲持续时间的平方根成反比于是，为了提高辐照靶材的最大激光强度(以及因此所建立的最大压力)，一种方案是减小所用的激光系统的脉冲持续时间，因为击穿阈值强度将增大。
[0033]
然而，尽管这种方案使得能够提高等离子体生成的最大压力，但它带来了可见度和实用性的问题：实际上，冲击波的持续时间取决于激光脉冲的持续时间(大致是其值的两倍)，并且随着其持续时间减小，冲击波的阻尼增加更多。这样生成的波将在被处理靶材中更迅速衰减(因为激光脉冲持续时间已经减小)，并且“有用的”压力(在材料核心处，而不在表面上)将因此不会增大，甚至将减小。
[0034]
使用所谓的直接方案：
[0035]
第二方案由利用约束方案进行配给构成，以及使用直接辐照方案：因此在靶材周围不再有约束，以增强其压力。不过，直接方案使得能够通过使用10到100倍高的激光强度获得类似于约束方案的压力。另一方面，必须在靶材周围产生高真空，以避免空气中的任何击穿现象，在这些强度水平下这是非常可能发生的。这种第二方案难以在工业上应用，因为一方面它需要在待处理部分周围建立真空，另一方面，必需有极高能量的激光器系统，因此，成本高昂并且笨重。
[0036]
在建立等离子体时使用磁场或电场(专利n
°
cn201210571521和n
°
us10745776)以向等离子体(通过传输)施加额外能量。不过，这些方案未能给出令人信服的结果，且未显著增大所生成的压力水平，或者是过于复杂而难以实施和校准。
[0037]
本发明的一个目的是通过提出一种系统来补救上述缺点，该系统使得能够增大靶材表面处的最大强度，因此增大激光冲击传输到靶材的压力。此外，根据本发明的系统有成本效益，因为不需要修改现有的激光冲击系统中使用的激光器。


技术实现要素：

[0038]
本发明的主题是一种在液体约束的条件下通过激光冲击处理靶材的系统，所述系统包括：
[0039]-脉冲激光器，所述脉冲激光器生成具有介于1ns和30ns之间的脉冲持续时间τ和波长λ的光束，
[0040]-聚焦光学装置，所述聚焦光学装置具有焦距f并且被配置成将所述光束聚焦在所
述靶材的表面上，所述聚焦装置上的入射激光束具有直径d，
[0041]-槽，所述槽填充具有折射率n的所述液体，
[0042]
所述靶材的表面上的所述光束的所述直径的期望值是预定的并且称为dst，
[0043]
选择所述光束在到达所述靶材的表面之前穿过的液体的厚度e，使得所述液体的表面上的激光强度小于或等于所述靶材的表面上的激光强度除以2。
[0044]
根据优选实施例，将厚度e选择为大于或等于由下式定义的最小厚度e
min
：
[0045][0046]
根据一个实施例，根据本发明的系统还包括被配置为使光束均质化并且被设置于所述光束的光路上的元件。
[0047]
根据一个实施例，激光的能量e和聚焦光学装置被配置为使得所述靶材的表面上的所述激光强度介于0.1gw/cm2和25gw/cm2之间，并且所述预定值dst介于0.3和10mm之间。
[0048]
根据一个实施例，所述液体在所述波长处具有小于或等于0.1/m2的吸收系数。
[0049]
根据一个实施例，所述液体为水并且激光的波长λ处于[350nm；600nm]范围之内。
[0050]
根据另一方面，本发明涉及一种用于在液体约束的条件下通过激光冲击处理靶材的方法，包括：
[0051]-使槽填充有所述液体并容纳靶材，
[0052]-利用脉冲激光器生成脉冲持续时间τ介于1ns和30ns之间的光束，
[0053]-利用焦距为f的聚焦光学装置将光束聚焦在被浸渍靶材的表面上，聚焦光学装置上的入射光束具有直径d，
[0054]-在所述槽中定位所述靶材，然后利用所述光束照射所述表面，使得所述光束在到达所述靶材的表面之前穿过液体的至少等于最小厚度e
min
的厚度e，并且使得所述光束在所述靶材的表面上的直径等于预定值dst，
[0055]
072871wo cn cjo/nst
[0056]
所述液体的最小厚度e
min
由下式定义：
[0057][0058]
所述液体的表面上的激光强度则严格小于所述靶材的表面上的激光强度除以2。
[0059]
下文的描述给出了本发明的装置的若干示范性实施例：这些示例不限制本发明的范围。这些示范性实施例给出了本发明的必要特征和与所考虑实施例相关联的额外特征。
附图说明
[0060]
从以下详细描述，并且考虑到作为非限制性示例给出的附图，本发明将得到更好理解，并且其其他特征、目的和优点将浮现出来，在附图中：
[0061]
图1(已提到)示出了根据现有技术的激光冲击表征系统。
[0062]
图2(已提到)示出了激光冲击机制中涉及的两种等离子体。
[0063]
图3示出了用于展示体积击穿机制的存在的测量协议。
[0064]
图4示出了对于两种情况(十字点为2mm水层，圆点为15cm水层)，作为约束介质中达到的最大强度imax的函数的透射率的趋势。
[0065]
图5示出了根据本发明的通过激光冲击处理靶材的系统。
[0066]
图6示出了对于前述两种情况(十字点为2mm水层，圆点为15cm水层)，作为约束介质中达到的最大强度的函数的经由约束等离子体施加的压力。
具体实施方式
[0067]
本发明是发明人研究激光冲击系统中的击穿机制时发现的。
[0068]
首先，发明人的工作使得能够首次证明实际有两种击穿模式，现有技术已知的经由约束介质表面的击穿，以及约束介质体积中的击穿。这种体积中的击穿尚未在激光冲击架构中得到研究，因为使用的约束层始终是很薄的，其厚度不会发生这种击穿。当经过的约束介质厚度增大时，这种体积中的击穿变得可见。
[0069]
发明人通过实验，通过图3中示意性示出的测量协议揭示了这种体积中的击穿机制的存在。a部分对应于根据现有技术的状况(小的水厚度，这里为2mm)，并且b部分对应于利用大的水厚度(15cm)执行的测量。
[0070]
在两种情况下，都测量透射率t＝et/ei，其中ei为入射在约束介质外表面上的能量，et为穿过液体厚度之后透射的能量。能量ei已知，并且利用热量计cal执行et的测量，从而恢复经由窗口w透射并且对焦于槽tk底部的光束。
[0071]
对于这种测量，波长为532nm，脉冲持续时间τ为7.2ns，光束具有初始直径20mm，并且聚光装置具有焦距f＝80mm。这里，使用元件bh(通常为doe，表示“衍射光学元件”)，其被配置为使光束均质化并设置于光束的光路上。
[0072]
图4示出了针对液体表面上的给定强度isl(使其变化(经由激光能量的变化))获得的，作为约束介质中达到的最大强度imax的函数的透射率t的趋势。强度isl容易利用公式(1)和关于表面上的光束直径的知识而从ei导出。
[0073]
在情况a中，由于液体厚度很薄，强度在液体表面上或在槽的深度中的各处基本相同。因此，强度imax被视为液体表面上的入射强度isl：当有靶材时，这一强度imax也将等于与约束介质接触的靶材表面上的强度，即ist。
[0074]
对于情况b，与元件bh组合的系统cod被配置成根据液体体积中已知的最小直径1.5mm而聚焦光。知道了入射能量和最小直径，从其推导出相关联的强度imax。
[0075]
于是，图4的x轴imax对应于在液体中(在表面上或在体积中)获得的最大强度。
[0076]
因此，在液体中获得的这个强度imax可能是能够在靶材表面上获得的用于生成冲击波的最大强度。
[0077]
在图4中，十字点对应于利用根据a的测量获得的值，并且圆点对应于利用根据b的测量获得的值。
[0078]
对于十字，再次观察到现有技术已知的表面击穿现象，其实验阈值(将称为ibk/s)在8 gw/cm2左右。这一结果与arnaud sollier(参见上面提及的出版物)获得的结果一致，其描述了针对作为所用的激光参数的函数的在4和10gw/cm2之间的击穿强度阈值，在约束介质的表面上出现击穿等离子体。
[0079]
创新点在于利用圆获得的t的变化，其揭示了新的阈值(将称为ibk/v)，对应于液体体积中的击穿，在强度最高的点处发生。这一阈值大约为20-21gw/cm2，即大于ibk/s。
[0080]
于是，利用这种测量，发明人证明了有两种击穿阈值而并非仅一个：即将称为ibk/s的表面击穿阈值和体积击穿阈值ibk/v。此外，这些测量已经使得能够针对相同的激光脉冲持续时间和相同的波长确定这两个阈值的值，并且从其推导出体积阈值高于表面阈值：ibk/v》ibk/s。
[0081]
定义比值
[0082]
对于配对(τ＝7.2ns；λ＝532nm)，
[0083]
这一比值r的存在与其大于1的事实相组合，得到明显的结果。这意味着，当使用更大厚度的约束材料时，与使用小厚度相比，可以在靶材上获得比击穿前更大的强度ist。
[0084]
凸显出这两种击穿阈值并且实验证明将两种阈值链接在一起的参数r》1是迄今为止尚未被揭示的真正发现，一种击穿阈值在表面上，当约束层薄时起支配作用，另一种在体积中，当约束层变得更厚时发生。
[0085]
换言之，这些工作首次证实，在给定不变的激光参数的情况下，如果击穿发生于约束介质体积中而非其表面上，则约束介质中的击穿阈值更大(对于7.2ns的脉冲，利用水约束，通常为8-10gw/cm2到20-25gw/cm2)。
[0086]
对于通过的约束介质的厚度e足够大的情况，避免了约束介质表面上的击穿(激光并非仅对焦于表面上，因此激光强度在那里局部很低)，这种击穿被转移到约束介质核心处的体积中，在此击穿阈值强度高于表面上。于是，提高了能够辐照靶材(针对激光参数的相同集合)的最大强度，因此，也增大了所生成的最大压力。在具有体积中的击穿的前述示例中，与常规表面击穿的8gpa(8-10gw/cm2)相比，可以向靶材传输12gpa的压力(对应于阈值强度20-22gw/cm2)。
[0087]
几个其他实验测量结果和物理推导表明，这个比值r的值取决于所考虑的约束材料，并且在脉冲持续时间范围[1-30ns]内保持相对稳定。对于水而言，r处于2.5和3之间。更一般地，对于激光冲击中感兴趣的激光条件和约束材料而言，发明人确定r通常处于2和4之间。
[0088]
从r》1的事实可推导出，如果在表明上有击穿，将达到的最大强度将是i
bk/s
，并且靶材上的强度最多等于i
bk/s
。同样，对于体积中的击穿，最大靶材强度最多等于i
bk/v
。为了使靶材上的最大强度最大化，因此其必须处在具有体积中击穿的条件中，并且通过将靶材定位于激光最聚焦(强度最大)的点处，在靶材处将发生这种击穿。
[0089]
换言之，激光冲击系统因此必须被设计成，当靶材上的强度(ist)具有值i
bk/v
时，在约束介质的表面上小于i
bk/s
(ist)。实际上，如果不是这种情况，这将意味着，例如，当靶材上有i
bk/v
时，在表面上已经超过i
bk/s
了，因此，在表面上已经有击穿了，因此，实际上在靶材上不可能有i
bk/v
(荒谬)。
[0090]
因此，这意味着以下条件必须成立：
[0091]
条件(2)的实现确保了，当有表面击穿时(i
sl
＝i
bk/s
)，则靶材上的强度至少等于i
bk/v
，因此，实际上，在表面上击穿之前，在体积中有击穿：靶材上的可能强度已经最大化(因为阈值在体积中大于在表面上，条件必须使得击穿首先发生于体积中，对于1mm的水厚
度绝不是这种情况)。
[0092]
通过实验已经确定了r的最小值，rmin＝2。
[0093]
于是，激光冲击系统满足：
[0094][0095]
可以利用例如焦耳计或光电二极管测量液体表面上和靶材表面上的液体中的这些强度。
[0096]
考虑到上文所述内容，因此对于感兴趣的激光器和约束介质，将始终有体积中的击穿。
[0097]
该条件(3)的遵守是发明人获得的结果，这使得能够产生根据本发明的激光冲击系统的设计，这使得体积中的击穿得以优先化。根据本发明的激光冲击系统利用了存在比约束介质表面上更高的体积中的击穿阈值的实验论证。
[0098]
本发明涉及一种如图5所示在液体liq约束的条件下通过激光冲击处理靶材tar的系统10。该系统包括生成光束b的脉冲激光器l和聚焦光学装置cod，光束b具有1ns和30ns之间的脉冲持续时间τ和波长λ，cod具有焦距f并且被配置成在靶材的表面st上聚集光束b。聚焦装置cod上的入射激光束具有直径d。该系统还包括填充有所述液体的槽tk，该液体具有折射率n。
[0099]
在激光冲击系统中，被光束照射的靶材的表面st上的光束直径dst构成输入直径，其是被处理的材料的应用和性质的函数。实际上，这个期望的直径dst在0.3mm和10mm之间变化，优选在0.8mm和5mm之间变化。
[0100]
从输入参数(d,f,n,dst)可知，靶材被设置于槽中，使得光束通过液体的厚度e，之后达到靶材的表面st，选择厚度e使得液体表面上的激光强度(isl)小于或等于靶材表面上的激光强度(ist)除以2(条件(3))。
[0101]
在设置输入参数的情况下，观察条件(3)使得能够确定要观察的液体的最小厚度e
min
。
[0102]
以下等式适用：
[0103]
以及(参见图5)
[0104]
并且利用折率定律：
[0105]
sin(θ)＝n sin(θr)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0106]
n为液体的折射率。
[0107]
此外，
[0108]dst
＝d
sl-2etan(θr)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0109]
强度i由以下定义：
[0110][0111]
其中e为每个脉冲的激光能量(j)，τ为脉冲持续时间(ns)，s是被辐照表面(cm)。
[0112]
因此其中，de是被照射表面的直径。
[0113]
从关系(2)，导出以下内容：rd
2st
≤d
2st
因此
[0114]
从关系(6)，导出以下内容：
[0115]
利用关系(4)和(5)，tan(θr)可以被表达为参数d、f和n的函数，其结束于：
[0116][0117]
通过取r的最小值，即，rmin＝2，从其推导出e
min
的值，其对于所有感兴趣系统都是足够大的：
[0118][0119]
该激光系统必须被配置为使得，将在光束达到靶材表面之前通过的液体的厚度e选择为大于或等于e
min
。在这种情况下，液体表面上的激光强度isl小于或等于靶材表面上的激光强度除以2。
[0120]
厚度e
min
取决于系统10的参数d、f、n和dst。作为示例，对于d＝20mm、f＝500mm、n＝1.33(水)和dst＝4mm,e
min
＝55mm。
[0121]
在实践中，将通过例如取10-15cm的水来覆盖感兴趣的所有情况，同时确保观察到条件(3)，从而确定系统10的尺度。
[0122]
应当指出，如果使用远场模式(即，从“束腰”到透镜焦点很远，在束腰处激光具有几微米的直径)，以上计算对于高斯激光束有效。在激光冲击系统中，这些条件始终成立(激光斑dst≥300μm)。
[0123]
对于小的角度，公式(9)得到简化：
[0124][0125]
其中n＝f/d。
[0126]
根据本发明的对激光冲击系统的尺度设定，将系统的数值孔径(on＝d/2f)链接到用于将约束表面上的击穿移动到约束体积中的液体厚度。
[0127]
在公式(9)中，可以看出，系统/水的厚度取决于光斑的尺寸dst，即，如果需要3mm来处理钛，并且需要1mm来处理铝，则确定两个不同的最小槽厚度。在实践中，设计激光冲击系统的制造商将使用相同的槽，其厚度大于最大的e
min
，并且其槽将对于两种材料都起作用。
[0128]
根据需求，通过确定为了将击穿从表面转移到体积所用的液体的最小厚度，根据本发明的激光系统可以针对所用系统的数值孔径(d/2f)而进行调整。
[0129]
应当指出，假设e满足条件e≥e
min
，则根据本发明的系统10与其中e＝f的架构兼容，该架构对应于浸入槽中的装置cod。
[0130]
在其他极端情况下，假设考虑非常开放的cod光学系统，则系统10与较小的水层厚度兼容，这确保了不过，这种配置带来了缺点：使光学系统距靶材更近，这是不合乎需要的。
[0131]
通常，cod的光学系统越开放，约束层的厚度就可以减小越多。大约10-15cm的水高
度包括小孔径d/2f，这是一个优点，因为很大的孔径可能损伤光学系统，因为它们将与靶材很近(例如，等离子体排出水和金属颗粒)。另外，水高度通常至少为10cm，所以不存在透镜上的飞溅。系统的参数d和f通常是在cod上具有15和30mm之间的直径并且对焦距离大致为20-30cm的激光束。
[0132]
于是，根据本发明设计的激光冲击系统10使得能够避免约束介质表面上的击穿(激光未对焦于表面上，因此，其上的激光强度局部很小，而不能发起击穿)。这种击穿被移动到约束介质核心处的体积中，阈值强度更高。于是，提高了能够辐照靶材(针对激光参数的相同集合)的最大强度，因此，也增大了所生成的最大压力。
[0133]
利用根据本发明的激光系统，显著提高了所生成的压力(大致+50％)。这种系统实施相对简单。它使用了激光器和现有的聚焦装置，以及通常填充了10-15cm的约束液体的槽，液体中浸渍有靶材。
[0134]
图6示出了对于前述两种情况(十字点为2mm水层，圆点为15cm水层)，作为imax的函数的经由约束等离子体施加的压力p。曲线60是基于利用激光/材料交互1d代码进行的计算的数值模拟，其未考虑击穿现象(仅计算被靶材吸收的给定入射激光脉冲导致的压力)。
[0135]
对于薄层(十字)的情况，观察到，超过大约10gw/cm2(对应于ibk/s)的强度，所生成的压力在大约8gpa下停滞，然后减小。表面上的击穿限制了照射靶材的强度。对于更厚层(圆)而言，所生成的压力追随imax的增加，至少到达22gw/cm2，达到12gpa的值，即，与薄层相比增大超过40％。此外，该趋势在更长时间内遵循理论曲线而没有击穿，这清楚地表明与击穿相关联的问题被转移到更高强度。
[0136]
根据一个实施例，系统10还包括元件bh，其被配置成使光束均质化，并且被设置在所述光束的光路上。光束均质器(通常为doe)的存在使得能够确保在激光的空间分布中没有任何过大强度，并且因此，避免了局部击穿(这会导致透射到靶材的强度的局部损失)。
[0137]
为了产生激光冲击，激光(每脉冲)的能量e和聚焦光学装置优选被配置为使得，靶材表面上的激光强度ist介于0.1gw/cm2和25gw/cm2之间，并且dst值介于0.3和10mm之间。
[0138]
根据一个实施例，选择配对(λ，液体)，使得液体liq具有小于或等于0.1/m2的吸收系数α(λ)，也就是说，使用被约束介质吸收很少的波长。
[0139]
优选地，液体为水，并且激光的波长λ处于[350nm；600nm]范围之内。与具有薄层水的激光冲击中常用的1064nm波长相比，优选的是532nm的波长。
[0140]
根据另一方面，本发明涉及一种在液体liq约束的条件下通过激光冲击处理靶材tar的方法，包括：
[0141]-使槽填充有所述液体liq并容纳靶材tar，
[0142]-利用脉冲激光器生成脉冲持续时间τ介于1ns和30ns之间的光束b，
[0143]-利用焦距为f的聚焦光学装置cod将光束b聚焦在被浸渍靶材的表面上，聚焦光学装置上的入射光束具有直径d，
[0144]-在所述槽中定位所述靶材，然后利用所述光束照射所述表面，使得所述光束穿过液体的厚度e，使得液体liq的表面上的激光强度严格小于所述靶材的表面上的激光强度ist除以2。

技术特征：
1.一种在液体(liq)约束的条件下通过激光冲击处理靶材(tar)的系统(10)，所述系统包括：-脉冲激光器(l)，所述脉冲激光器生成具有介于1ns和30ns之间的脉冲持续时间τ以及波长λ的光束(b),-聚焦光学装置(cod)，所述聚焦光学装置具有焦距f并且被配置为将所述光束(b)聚焦在所述靶材的表面(st)上，所述聚焦装置上的入射激光束具有直径d，-槽(tk)，所述槽填充有具有折射率n的所述液体，所述光束在所述靶材的表面(st)上的直径的期望值是预定的并且称为dst，所述光束在到达所述靶材的所述表面之前穿过的液体的厚度e被选择为使得所述液体的所述表面上的激光强度(isl)小于或等于所述靶材的所述表面上的激光强度(ist)除以2。2.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述厚度e并被选择为大于或等于由下式定义的最小厚度e
min
：3.根据前述权利要求中的一项所述的系统，还包括：元件(bh)，所述元件被配置为使所述光束均质化并且被设置在所述光束的光路上。4.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中，所述激光的能量e和所述聚焦光学装置被配置为使得所述靶材的所述表面上的所述激光强度(ist)介于0.1gw/cm2和25gw/cm2之间，并且所述预定值dst介于0.3和10mm之间。5.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中，所述液体在所述波长λ处具有小于或等于0.1/m2的吸收系数(α)。6.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中，所述液体为水，并且所述激光的所述波长λ处于[350nm；600nm]的范围内。7.一种在液体(liq)约束的条件下通过激光冲击处理靶材(tar)的方法(10)，包括：-使槽填充有所述液体并容纳所述靶材，-利用脉冲激光器生成具有介于1ns和30ns之间的脉冲持续时间τ的光束(b)，-利用焦距为f的聚焦光学装置(cod)将所述光束(b)聚焦在被浸渍靶材的表面上，所述聚焦光学装置上的入射光束具有直径d，-在所述槽中定位所述靶材，然后利用所述光束照射所述表面，使得所述光束在到达所述靶材的所述表面之前穿过液体的至少等于最小厚度e
min
的厚度e，并且使得所述光束在所述靶材的表面(st)上的直径等于预定值dst，所述液体的所述最小厚度e
min
由下式定义：所述液体的所述表面上的激光强度(isl)则严格小于所述靶材的表面上的激光强度除以2。

技术总结
本发明涉及一种在液体(Liq)约束的条件下通过激光冲击处理靶材(Tar)的系统(10)，所述系统包括：脉冲激光器，所述脉冲激光器生成具有介于1ns和30ns之间的脉冲持续时间和波长的光束,聚焦光学装置(COD)，所述聚焦光学装置具有焦距并且被配置成将所述光束(B)聚焦在所述靶材(Tar)的表面(St)上，所述聚焦装置上的入射激光束(B)具有直径(D)，填充具有折射率n的所述液体(Liq)的槽(TK)，光束在靶材表面(St)上的直径(D)的期望值是预定的并且称为Dst，所述光束(B)在到达所述靶材的所述表面(St)之前穿过的液体(Liq)的厚度(e)被选择为使得所述液体的所述表面上的激光强度(Isl)小于或等于所述靶材的所述表面上的激光强度(Ist)除以2。所述靶材的所述表面上的激光强度(Ist)除以2。所述靶材的所述表面上的激光强度(Ist)除以2。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：国立科学研究中心
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2023/9/16