基于时间拉伸高重频超连续谱的冲击相变瞬态诊断技术研究

Research on phase transition under extreme condition is the forefront of recent impact dynamics. The transient diagnostic of spectroscopy used on investigating material transformation is an important method to study the path of pressure induced phase transition. In order to solve the lack of diagnostic techniques for current impact phase transition, we propose a transition optical reflectivity diagnostic with advantages of high time resolution, broadband spectra and integratable system based on time stretched supercontinuum with high repetition. In detail, we will investigate the optimized parameters of supercontinuum by using ultrafast optical gate. By measuring the time stretched supercontinuum in a dispersive fiber, the time-spectra mapping could be constructed, which inverted the temporal data to spectral data. In order to verify the practicability of our method in diagnosing material phase transition under shock loading, experiments of typical material under light gas-gun loading will be proposed. Furthermore, our technique will be exploited in engineering applications, which will produce great value in irreversible phase transition measurements.

极端条件下材料的相变研究是当前冲击动力学领域一个重要的前沿方向。冲击加载下材料相变的瞬态光谱学诊断技术是研究压力诱导相变路径的重要手段。本项目针对当前冲击相变诊断技术的匮乏，提出一种基于时间拉伸高重频超连续谱的冲击下材料瞬态反射率测量技术，具有时间分辨率高、光谱范围宽、可集成化等优点。项目具体将开展宽带、平坦高重频超连续谱脉冲的产生及优化，利用超快“时间门”进行超连续谱脉冲的时间分辨研究；掌握色散补偿光纤时间拉伸宽带超连续谱的参数特性，获得时间-光谱的一一映射关系；搭建基于时间拉伸高重频超连续谱反射率的材料冲击相变诊断系统，掌握超连续谱时间序列数据反演光谱瞬态反射率数据的恢复算法；开展典型晶体的气炮冲击加载相变研究，通过相关相变理论模型验证瞬态反射率测量数据的可靠性。项目技术在不可逆相变诊断领域具有独特的优势，将在实际工程应用中发挥巨大的价值。

适用于冲击加载下材料物性诊断的快响应、单发测量技术是当前冲击波物理领域迫切需求的。本项目基于瞬态光谱学诊断技术，发展基于时间拉伸高重频超连续谱的冲击下材料瞬态反射率测量技术，具有时间分辨率高、光谱范围宽、可集成化等特点。项目具体开展超宽带光谱探测源研究，获得可见-红外-太赫兹波段的超宽带光谱探测源的产生及优化方法；采用色散光纤时间拉伸超连续谱，发展基于光纤布拉格光栅的时间-光谱一一映射序列标定技术，掌握时间-光谱精确反演方法；建立冲击加载下的材料动态物性诊断系统，解决同步触发等工程技术难点，实现不可逆物理过程的单发测量，具有时间分辨率高，光谱精度高的优点；开展多种材料的动力学研究，获得瞬态激励下的材料动态响应特性，为解释材料冲击相变建立基础。项目研发的高时间、高光谱分辨单发诊断技术在冲击波物理领域具有独特的优势，在材料科学工程研究领域具有潜在应用价值。