脈沖CO-,2-激光水下致聲特性研究.pdf

1、由于TEA脈沖CO2激光器易獲得高能量和高峰值功率的輸出，而且輸出激光波長(zhǎng)10.6mm處于大氣窗口，水對(duì)該波長(zhǎng)吸收大，因而TEA脈沖CO2激光致聲在激光水聲應(yīng)用特別是海洋遙感探測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)脈沖CO2激光在水中激發(fā)的聲波特性進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，具有重要的軍事價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本論文圍繞脈沖CO2激光水中光聲信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理，轉(zhuǎn)換效率，傳播特性和測(cè)量方法等基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行了系列研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論有：
　　 從理論上研究了

2、常見(jiàn)的三種尖峰-拖尾型波形的CO2脈沖激光在水中產(chǎn)生的熱彈光聲波的波形、幅度、能量轉(zhuǎn)換效率及頻譜特征，以及激光脈沖波形參數(shù)變化對(duì)光聲信號(hào)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：熱彈光聲波形由激光波形函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)決定；其聲脈沖由CO2激光的尖峰和拖尾兩部分共同產(chǎn)生；波形和幅度主要由脈沖尖峰的寬度及形狀決定；激光脈沖尖峰決定光聲信號(hào)的高頻段，而拖尾部分產(chǎn)生的光聲信號(hào)對(duì)應(yīng)于低頻段。拖尾的寬度與高度和尖峰接近時(shí)，拖尾作用加強(qiáng)。
　　 分析了表面和整

3、體汽化兩種光聲機(jī)制的特點(diǎn)，計(jì)算出了整體汽化的閾值，給出了液體溫度不同時(shí)的蒸汽流密度及光聲信號(hào)求解的理論模式和汽化光聲信號(hào)的特征及隨激光參數(shù)的變化規(guī)律。在對(duì)光擊穿機(jī)制的閾值和波形特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，得到了汽化和擊穿的光聲能量轉(zhuǎn)換效率，并通過(guò)快速傅里葉分析，得出了汽化和擊穿光聲信號(hào)的頻譜特征。
　　 采用衰減系數(shù)與頻率平方成正比的模型，得出了在純水中傳輸情況下，熱彈、汽化、擊穿光聲信號(hào)傳輸?shù)牟ㄐ?、幅度與頻譜的變化情況。結(jié)果表明：光

4、聲信號(hào)水中衰減對(duì)熱彈光聲信號(hào)影響較大，而對(duì)低頻的汽化光聲和擊穿光聲中的低頻成分（頻率低于50kHz）影響較小。
　　 通過(guò)改變激光器工作電壓、混合氣體成分、氣壓等，來(lái)改變激光脈沖特性。實(shí)驗(yàn)研究了不同的脈沖CO2激光器光聲信號(hào)特征，確定了光聲信號(hào)特征與激光脈沖參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究容器底部放置待檢測(cè)物前后的反射光聲信號(hào)的幅度及頻譜變化和采用ICCD攝像機(jī)拍攝了液體表面蒸汽反沖運(yùn)動(dòng)的方向和速度的方法，確定了光聲信號(hào)的激發(fā)機(jī)