[科普中国]-冲量耦合系数

定义

如右图所示，设激光的单脉冲能量为E（单位：J），则冲量耦合系数Cm为

式中：F为激光单脉冲产生的推力（N）；为推力作用时间（s）；为激光单脉冲产生的冲量，是由激光与物体互相作用时反喷羽流产生的。

设靶材的质量为m，在激光单脉冲冲量作用下，把靶材获得的速度为，则冲量耦合系数为

一般由于激光脉宽很短，作用时间在微秒量级以下，可以认为靶材在瞬间获得速度。

冲量耦合系数越大，说明消耗单位激光能量所获得的冲量越大，因此，冲量耦合系数的实验测量技术和数据分析方法，是研究激光推进和激光清除空问碎片的关键技术之一。1

影响因素激光与靶材物体相互作用机理：靶材表面注入高能激光，靶材为金属材料，靶材表面温度迅速上升，表面达到熔点时熔化处于熔融状态，表面温度继续上升，达到汽化温度时释放蒸气，蒸气进一步电离形成等离子体，产生反喷羽流，使得靶材获得冲量。如果靶材为非金属材料，在高能激光作用下，表面熔融和汽化，产生反喷羽流，使得靶材获得冲量。

激光与靶材物体相互作用机理的影响因素如下：

(1)注入靶材表面激光特性。特征参数有波长、脉宽、激光功率密度。

(2)靶材物质特性。材料热导率、比热、密度、熔点和汽化点等。

(3)激光与靶材相互作用特性。激光在靶材表面反射、吸收和透射，与靶材物体磁导率、电导率和入射激光波长有关，并且入射激光波长越短，吸收越大。

具有影响因素为：

1、激光特性：激光波长、脉宽、功率密度。

2、靶材物体特性：热导率、比热、密度、熔点和汽化点。

3、互相作用特性：磁导率、电导率和激光波长。

最大冲量耦合系数对应的功率密度，并不是形成等离子体的阈值功率密度。最大冲量耦合系数对应的功率密度，大于等离子体点火阈值。等离子体形成开始就意味着靶材表面激光热效率的降低。与两个等离子体相关效应有关：①表面屏蔽效应一等离子体产生阻止辐照激光入射；②再辐射效应一热电子传导和高能带电粒子产生消耗吸收的激光能量。1

用途冲量耦合问题不仅取决于激光束的性质和靶标(材料与结构)的性质，还同靶标的环境气体、激光吸收波的特性及等离子体屏蔽等因素有关。根据不同的试验条件及相应的物理模型，可以得到不同的理论表达式和定标关系．但是冲量耦合系数随入射激光功率密度的变化曲线的总趋势是一致的。2