传统点火方法对低敏感性含能材料效果不佳，凸显了研究替代点火系统（如激光技术）的必要性。过去十年间，激光已逐渐被视为一种有前景的解决方案，为含能材料领域提供了可控、高效且可靠的点火聚焦能量束。本研究对两种先进点火方法 —— 直接激光点火和激光驱动飞片点火 —— 进行了对比分析。采用掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）激光器在不同能量束水平下进行实验，同步借助条纹相机完成点火瞬态过程的精准捕捉与数据记录，对点火起始特性开展系统评估。在直接激光点火测试装置中，激光束直接作用于被测含能材料，而激光驱动飞片点火则利用 40 和 100 微米铝箔，以 300 至 1250 米 / 秒的速度推进。与 Lawrence 和 Trott 模型的对比分析证实了速度数据，并深化了对点火机制的理解。实验结果表明，激光驱动飞片方法的点火时间显著缩短，与直接激光点火相比，能更快实现烟火药剂的完全燃烧。此外，研究依托条纹相机的高精度观测数据，确定了两种方法各自的精确点火阈值，为优化含能材料的点火系统提供了关键参数。本研究阐明了两种技术各自的优势与局限，在推动新一代点火技术发展的同时，提升了推进系统的可靠性和安全性。

主要结论

本研究全面分析了烟火药剂在直接激光点火和激光驱动飞片点火两种激光辐照配置下的点火行为。实验研究基于上述两种起爆方法，采用了一套可靠的实验室点火试验系统，该系统包括：脉冲 Nd:YAG 激光器、条纹相机、数字示波器、数据采集系统以及两个 3D 打印测试平台。其中条纹相机作为超高速瞬态光学探测核心设备，具备纳秒至皮秒级的超高时间分辨率，可实现对超快瞬态现象的时间 - 空间联合分辨成像，其核心功能为精准捕捉瞬态光信号的时间演化规律与空间分布特征，同时能完成微秒至毫秒级时间尺度下动态过程的定量记录与分析。在本实验中，条纹相机的核心作用是弥补常规高速成像设备在时间分辨率上的不足，高精准捕捉含能材料点火过程中等离子体形成、铝箔烧蚀、飞片运动、药剂点火及燃烧的全阶段超快动态变化，为点火过程的动力学分析、阈值参数测定、时间特性量化提供兼具时间和空间维度的精准实验数据支撑。针对激光波长对点火能量阈值的影响以及激光束与烟火药剂相互作用所展开的表征研究，结合条纹相机的观测结果，得出了以下结果：

1、模型验证：在采用单层 40μm 铝膜进行激光驱动飞片点火，且激光注量为 0–40 J/cm² 的条件下，Lawrence 和 Trott 分析模型与实验结果吻合良好。这证明了该模型可用于预测此类条件下的飞片动力学特性，而条纹相机对飞片从烧蚀、加速到运动的瞬态过程的高精度记录，为模型验证提供了更为细致的实测数据，进一步佐证了模型在飞片动力学预测中的准确性。

2、点火过程动力学分析：高速成像结合条纹相机的超高分辨率观测结果，全方位揭示了点火过程中的不同阶段。直接激光点火过程可分为三个阶段：等离子体形成、点火和燃烧，条纹相机可清晰捕捉到等离子体形成初期的瞬态光信号变化与空间分布特征，精准还原等离子体的生成与演化过程。相比之下，激光驱动飞片点火则多包含一个过渡阶段，其特征是高能激光脉冲导致薄铝箔快速烧蚀，条纹相机对这一超快烧蚀过程的实时记录，明确了铝箔烧蚀与飞片加速的时间关联和动态规律。此外，激光驱动飞片的点火过程由冲击效应和热效应共同作用实现，条纹相机通过捕捉冲击作用瞬间的光信号变化与药剂的响应特征，为分析两种效应的协同作用机制提供了直接实验依据。同时，针对这两种测试配置，光电二极管记录信号所提供的时间 - 激光能量关系，与高速相机、条纹相机的记录结果相比，均表现出较高的序列精度，三类设备的数据相互印证，大幅提升了实验结果的可靠性与准确性。

3、阈值冲击速度：实验结果表明，点火所需的最小阈值速度随飞片厚度和数量的增加而降低。具体来说，点火阈值记录为：单个 40 μm 飞片为 570 m/s，两个 40 μm 飞片为 569 m/s，三个 40 μm 飞片为 423 m/s，单个 100 μm 飞片为 315 m/s。同时，激光的注量和能量水平分别从 8.92J/cm² 增加到 39.62J/cm²，以及 602 mJ 增加到 2801mJ。此外，对于单个 100 μm 飞片，激光注量介于两个和三个 40μm 飞片之间，突显了箔片厚度的影响。条纹相机通过对飞片撞击含能材料瞬间的速度、姿态及药剂初始响应的瞬态记录，实现了对不同规格飞片撞击速度的精准量化，为准确测定各类飞片的点火阈值速度提供了关键的成像与数据支撑，确保了阈值参数的精确性。

4、点火延迟时间：在激光驱动飞片点火方法中，点火延迟时间与飞片厚度呈正相关。因此，点火响应时间从 40 μm 飞片的 1.13 ms 增加到 100 μm 飞片的 5.31 ms，而直接点火的记录点火时间为 1.865 ms。借助条纹相机的高时间分辨能力，可精准捕捉从激光触发、飞片运动到药剂出现明显点火信号的完整时间间隔，实现对微秒至毫秒级点火延迟时间的高精度定量测量，有效规避了常规设备在短时间尺度测量中存在的误差，确保了点火延迟时间数据的准确性与可比性。

5、燃烧时间和冲击速度：使用激光推进金属箔时，粉末点火时间更快，与直接激光点火相比，整体燃烧时间更短。冲击速度与装药完全点燃并燃烧的速度之间呈现出明显的相关性。因此，更高的冲击速度导致粉末装药的点火更快。条纹相机对药剂燃烧过程的瞬态成像与定量记录，可清晰分辨燃烧火焰的初始形成、传播速度、燃烧区域的演化过程及燃烧终止的时间节点，为定量分析燃烧时间与冲击速度的相关性提供了直观、精准的实验依据，同时能精准捕捉不同冲击速度下药剂燃烧的细微差异，进一步明确了冲击速度对燃烧特性的影响规律。

激光点火技术是含能材料领域的一项重大进展，与传统点火方法相比，其在控制性、可靠性和安全性方面均有所提升。条纹相机作为超高速观测的关键设备，为激光点火技术的机理研究、参数优化提供了重要的技术支撑，让研究人员能够更深入、细致地理解激光与含能材料的相互作用规律。

激光点火机制受多种因素影响，包括粉末成分、所用激光类型以及点火时的环境条件。例如，若将火药铸造成特定形状或压缩入容器，其燃烧特性便会发生变化。激光束的类型（平顶型或高斯型）以及激光光斑在测试样品上的覆盖面积也是重要考量因素。激光功率对于高效引燃各种类型火药（包括最不敏感的类型）至关重要。此外，在激光驱动飞片点火中，需要更高的激光能量来生成飞片，并将其加速至高达 1250 m/s 的速度，这一超快加速过程的时间尺度极短，条纹相机可实现对该过程的全程瞬态记录，精准捕捉飞片在不同激光能量下的加速规律，为优化激光能量参数、实现飞片速度的精准调控提供了关键数据。通过精确控制激光参数来调控点火过程，这一能力为研究和应用开辟了新方向。例如，通过调整激光的能量密度和脉冲持续时间，可以精细调节各种火药的点火阈值，相关结果已在多项研究中得到证实 。

本研究也采用此方法来确定每种点火技术的点火阈值，而条纹相机的高精度观测数据，让不同激光参数下的点火起始特征、阈值响应能够被精准捕捉和量化，为点火阈值的准确测定提供了重要的数据支撑。这种控制水平不仅提高了点火的可靠性，还通过降低与传统点火方法相关的风险来提升安全性。

总之，火药的激光点火是一个前景广阔的研究领域。基于实验研究，结合条纹相机对点火超快动态过程的高精度观测与分析，进一步理解其基本机制及含能材料对不同刺激的响应，为开发下一代含能化合物和点火技术指明了方向。而条纹相机在含能材料点火研究中的应用，也为相关领域的超快瞬态过程研究提供了可借鉴的技术方法，推动了含能材料测试技术的发展。

选图如下：