激光诱导空化中球形气泡振荡与冲击波发射的综合分析

通过等离子体摄影、时间分辨阴影图和单次探测光束散射，研究了水中球形激光诱导空化气泡的动力学，从而能够描绘从初始非线性振荡到后期线性振荡的转变。后期振荡的频率得出了气泡的气体含量。使用 Gilmore 模型进行模拟，以等离子体尺寸作为输入，振荡时间作为拟合参数，提供了对实验无法获取的气泡参数和冲击波发射的洞察。该模型通过以下方面进行了扩展：涵盖冲击波驱动的气泡壁初始加速度的项、确定冲击波前沿位置和压力衰减的自动化方法，以及将吸收的激光能量分配为蒸发、气泡和冲击波能量及通过粘性和冷凝耗散的能量平衡。这些工具用于分析覆盖 102 个振荡周期的散射信号。该气泡由平均温度为 1550 K 的等离子体产生，最大半径为 36 $\mu$m。预测的膨胀期间气泡壁速度与实验数据吻合良好。在首次坍缩时，大部分能量储存在气泡周围的压缩液体中，随后以声学方式辐射耗散。坍缩后的气泡包含的蒸汽多于气体，其压力为 13.5 GPa。回弹冲击波的压力最初以 $\propto r^{-1.8}$ 衰减，冲击波前沿的能量耗散将气泡壁附近液体的温度加热至过热极限以上。冲击引起的温升降低了后期气泡振荡期间的阻尼。对于半径小于 10 $\mu$m 的小气泡，气泡动力学发生显著变化。