激光水下激波特性的研究

发布时间：2017-08-29 02:06

  本文关键词：激光水下激波特性的研究

  更多相关文章： 光声效应 热膨胀机制 汽化机制 光击穿机制 声场特性

【摘要】：本文针对光声效应中的激光声效应进行讨论,分析并对比了激光射入液体中激发声波的四大机制:热膨胀(热弹)、汽化、光击穿、辐射压力。针对在低功率激光激发声场的主要机制热膨胀,文章从理论出发推导出激光射入水中产生激波的特性,建立脉冲激光光束激发水热膨胀产生水下声场的光声转化理想模型。利用该模型研究并得到了了高斯型激光光束入射水中得到的声场的时域特性以及频域特性,主要包括脉冲响应,声压分布,方向特性,半功率宽度等。同时将理论值与现有的实验数据进行对比拟合来检验该理论模型是否符合实际。针对较高功率的激光激发声场的汽化机制,围绕激发气泡的两种情况:单气泡和气泡群展开研究。先仿真得到产生气泡所需的激光能量密度阈值,以及气泡大小与激光聚焦深度、激光波段的关系。后仿真得到单气泡和气泡群两种情况下的声场特性对比、方向特性对比。更高功率激光将引起水分子电离,水体击穿产生等离子体爆破产生水下激波。文章先在前人基础上计算得到光击穿阈值,远大于汽化效应阈值。后计算等离子体长度,进一步计算等离子体体积变化,最终得到声场的变化趋势。全文围绕水下激光光声转换四大机制,以阈值为纽带,将其构建成为具有连贯性的复合机制,并在此基础上讨论激光特性对声场强度、方向性的影响。
【关键词】：光声效应 热膨胀机制 汽化机制 光击穿机制 声场特性
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 光声效应9-10
• 1.2 激光光声效应10-12
• 1.3 液体中的激光光声效应12-17
• 1.3.1 液体中激光致声机理12-14
• 1.3.2 液体介质中的光声效应研究历程14-15
• 1.3.3 应用激光光声效应实现遥感探测15-17
• 1.4 本文主要内容17-19
• 第2章 热膨胀光声转换模型19-40
• 2.1 脉冲响应20-28
• 2.1.1 竖直方向脉冲响应22-27
• 2.1.2 水平脉冲响应27-28
• 2.2 声压波形28-31
• 2.3 声场方向性探究31-37
• 2.4 半功率束宽37-38
• 2.5 声波扩散曲线38-40
• 第3章 汽化光声转化模型40-48
• 3.1 汽化光声转化的能量密度阈值40-44
• 3.1.1 汽化能量40
• 3.1.2 气泡半径40-43
• 3.1.3 汽化阈值43-44
• 3.2 汽化冲击波压强44-48
• 3.2.1 单气泡汽化机制44-46
• 3.2.2 气泡丛汽化机制46-48
• 第4章 等离子体光声转化机制48-58
• 4.1 光击穿原理48-49
• 4.2 光击穿阈值49-53
• 4.3 等离子体产生声场强度53-54
• 4.4 压力光辐射产生声场54-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单65-66
• 致谢66

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本文编号：750706