本文關鍵詞：激光水下激波特性的研究

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【摘要】：本文針對光聲效應中的激光聲效應進行討論,分析并對比了激光射入液體中激發(fā)聲波的四大機制:熱膨脹(熱彈)、汽化、光擊穿、輻射壓力。針對在低功率激光激發(fā)聲場的主要機制熱膨脹,文章從理論出發(fā)推導出激光射入水中產生激波的特性,建立脈沖激光光束激發(fā)水熱膨脹產生水下聲場的光聲轉化理想模型。利用該模型研究并得到了了高斯型激光光束入射水中得到的聲場的時域特性以及頻域特性,主要包括脈沖響應,聲壓分布,方向特性,半功率寬度等。同時將理論值與現有的實驗數據進行對比擬合來檢驗該理論模型是否符合實際。針對較高功率的激光激發(fā)聲場的汽化機制,圍繞激發(fā)氣泡的兩種情況:單氣泡和氣泡群展開研究。先仿真得到產生氣泡所需的激光能量密度閾值,以及氣泡大小與激光聚焦深度、激光波段的關系。后仿真得到單氣泡和氣泡群兩種情況下的聲場特性對比、方向特性對比。更高功率激光將引起水分子電離,水體擊穿產生等離子體爆破產生水下激波。文章先在前人基礎上計算得到光擊穿閾值,遠大于汽化效應閾值。后計算等離子體長度,進一步計算等離子體體積變化,最終得到聲場的變化趨勢。全文圍繞水下激光光聲轉換四大機制,以閾值為紐帶,將其構建成為具有連貫性的復合機制,并在此基礎上討論激光特性對聲場強度、方向性的影響。
【關鍵詞】：光聲效應 熱膨脹機制 汽化機制 光擊穿機制 聲場特性
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN24
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 光聲效應9-10
• 1.2 激光光聲效應10-12
• 1.3 液體中的激光光聲效應12-17
• 1.3.1 液體中激光致聲機理12-14
• 1.3.2 液體介質中的光聲效應研究歷程14-15
• 1.3.3 應用激光光聲效應實現遙感探測15-17
• 1.4 本文主要內容17-19
• 第2章 熱膨脹光聲轉換模型19-40
• 2.1 脈沖響應20-28
• 2.1.1 豎直方向脈沖響應22-27
• 2.1.2 水平脈沖響應27-28
• 2.2 聲壓波形28-31
• 2.3 聲場方向性探究31-37
• 2.4 半功率束寬37-38
• 2.5 聲波擴散曲線38-40
• 第3章 汽化光聲轉化模型40-48
• 3.1 汽化光聲轉化的能量密度閾值40-44
• 3.1.1 汽化能量40
• 3.1.2 氣泡半徑40-43
• 3.1.3 汽化閾值43-44
• 3.2 汽化沖擊波壓強44-48
• 3.2.1 單氣泡汽化機制44-46
• 3.2.2 氣泡叢汽化機制46-48
• 第4章 等離子體光聲轉化機制48-58
• 4.1 光擊穿原理48-49
• 4.2 光擊穿閾值49-53
• 4.3 等離子體產生聲場強度53-54
• 4.4 壓力光輻射產生聲場54-58
• 結論58-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文與研究成果清單65-66
• 致謝66

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本文編號：750706