激光致声技术在跨冰层介质的空中-水下通信应用方法

无线电波、声波和光波通信技术可有效应用于复杂的海洋通信环境中,然而在极寒地区和极地区域海面冰层覆盖的情况下,其在远端发送信号将无法穿透冰层介质,而难以实现空中与水下的通信联络,故提出一种应用于跨冰层介质传输的激光致声通信体制,通过空中发射激光与海面固体冰层的互作用诱导声波信号,再利用海面上覆盖冰层的声源辐射,向下方水体传播来建立空中到水下光波与声波的通信链路,系统将光学与声学技术的有机融合,充分利用固体冰层对声波的快速传导作用,探讨光声转换机理、调制编码及激光声传输特点与性能分析,有效解决海洋通信中受冰层覆盖影响和单一种类信号传输受限问题,为海洋跨空通信提供一种新的技术途径。     

三角波形激光脉冲在液体中致声的特性分析

为了研究激光脉冲波形对其在液体中致声特性的影响,基于激光致声的热膨胀机制机理,采用理论推导和数值仿真的方法,对三角波形激光脉冲激发声波的特性进行了分析。首先阐述了激光与液体媒质通过热膨胀机制作用激发平面光声源的理论;推导了激光脉冲为三角波形时在约束边界和自由边界下产生声脉冲的解析解,并通过仿真得到了声脉冲剖面;然后通过模拟得到了不同边界下激发光声脉冲的波形;最后分别推导了约束边界和自由边界下的光声转换效率,分析了转换效率的影响因素,并对不同边界下的转换效率进行了求解和对比。结果表明,该研究对激光致声技术的工程应用具有理论指导意义。     

正弦脉冲激光热弹激发超声应力脉冲特性研究

应用一维热传导方程和纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)方程,采用简化的正弦脉冲波形模型对激光激发产生的超声应力脉冲进行理论研究,分别得出弱吸收试样表面是钳紧或自由情况下应力脉冲的表达式。结果表明表面钳紧时应力脉冲是单极性的,自由时是双极性的,应力脉冲宽度远大于激光脉冲宽度,应力脉冲极值的幅度随着厚度的增加而逐渐减小,更加接近真实的斜高斯(skew-Gaussian)激光脉冲,且更具有普遍性。     

脉冲激光在水中激发声脉冲的光声能量转换效率

利用TEA-CO_2脉冲激光在水中激发热弹光声信号,采用压电陶瓷水听器接收并将光声信号转换成电信号送入数字存储示波器,计算出声脉冲的能量,从而获得该激发条件下激光能量转换成声波能量的效率η。结果表明不采用凹面镜聚焦激光脉冲能量密度低于2 J/cm~2时,光声转换效率η为10~(-7)～10~(-5),聚焦之后η增大一个数量级;激光脉冲谱线宽度固定时,能量越高,η越高;激光脉冲能量相同时,激光脉冲谱线宽度越大,η越高。故可以通过聚焦、增加激光脉冲谱线宽度、提高激光能量等方法来提高光声转换效率η,获得强的热弹光声信号。     

正弦脉冲激光热弹激发超声应力脉冲仿真研究

应用一维热传导方程和Navier-Stokes方程,采用简化的正弦脉冲波形模型对激光激发产生的超声应力脉冲进行了理论研究,分别得出弱吸收试样表面是钳紧或自由情况下应力脉冲的表达式.仿真结果表明表面钳紧时应力脉冲是单极性的,自由时是双极性的,应力脉冲宽度远大于激光脉冲宽度;试样厚度增加,应力脉冲的极值减小;激光脉冲宽度增大,应力脉冲的极值大大提高,宽度也随之增大;试样的声速和光吸收系数增大,应力脉冲的宽度减小,极值变化不大.     

脉宽可调钬激光诱导水下声波信号特性实验研究

800 mm芯径低氢氧根光纤传输自由运转钬激光脉冲爆炸式汽化光纤端面的水形成汽化泡,汽化泡闭合时会辐射振荡波信号。不同激光参数条件下汽化泡形貌和运动状态有差异,导致辐射振荡声波的个数、强度、谐振周期、声学频率等特性参数不同。为研究不同脉宽对声信号的影响,搭建了声信号测量系统,通过示波器分析计算振荡波声学信号特征参数。结果表明电源电压为1000 V、频率为5 Hz、电源脉宽为0.7~1.6 ms的条件下,随着脉宽增加,声压值整体上先升高但存在多个拐点,达到峰值1.01 MPa后呈现下降趋势,但第一个声学信号频率总体呈下降趋势且最大值为400 Hz。高能量、短脉宽的钬激光脉冲能诱导高强度、多个数、短周期、高频率的振荡波信号。     

激光脉冲波形对液体中热膨胀机制致声特性的影响

首先阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;分别针对激光脉冲为正弦波形、三角波形和高斯波形的情况,推导了激光脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,然后通过仿真得到了激发声波的光声脉冲剖面和时空分布图;并对比分析了正弦波形、三角波形和高斯波形的激光脉冲分别在约束边界和自由边界下激发声波的峰值声压、光声转换效率和波形等特性.     

基于正弦脉冲波形的激光超声热弹机制理论研究

应用一维热传导方程和Navier-Stokes(N-S)方程,采用简化的正弦脉冲波形模型对激光激发产生的应力脉冲进行了理论研究,分别得出了弱吸收试样表面是钳紧或自由情况下超声应力脉冲的表达式.结果表明,正弦脉冲模型与目前所采用的模型具有相同的结论,超声应力脉冲极值的幅度取决于试样的光学、热学特性和厚度,更加接近真实的skew-Gaussian激光脉冲,且更具有普遍性.     

脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验与仿真

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究.采用输出脉宽为10μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验,并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型,利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析.研究表明,K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2;入射激光能量密度越高,样品的损伤程度就越大,并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲;在激光能量较强的情况下,K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤,在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤,仿真分析结果与实验结果吻合良好.     

提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率.     

高能激光辐照诱导声波频率特性的实验研究

为了研究高能激光辐照诱导声波的频率特性以及实验条件对其的影响,采用宽频声传感器接收实验过程中产生的声波,并导入MATLAB中处理,得到其功率谱密度图。激光冲击实验采用铝箔吸收层、水以及不同约束状态下的K9玻璃约束层,对实验中产生声波的功率谱密度图做了详细分析,取得了图中最大峰值频率的分布数据。结果表明,不同约束层以及约束层的不同约束状态都会对声波功率谱密度最大峰值频率的分布有较大影响,而激光能量密度对其影响很小,同时该实验结果对激光冲击强化实现在线检测有重要指导意义。     

基于贝叶斯判别的激光除漆声学监测方法研究

为了解决激光除漆声学监测方法难以满足实际生产需要的问题,采用贝叶斯判别方法进行了理论分析和实验验证,将除漆过程分为正在清洗、清洗完成且基底无损伤、基底损伤3种类别,结合光声效应分析除漆声信号在清洗过程的变化,提取特征参量建立判别模型,实现了对激光除漆的定量判别。结果表明,训练样本准确率达到99%,测试样本准确率达到98.7%。该方法具有较高的准确性和实用性,可为激光清洗声学监测的研究提供借鉴。     

CO2激光诱导生物组织光热效应的实验与理论研究

结合温度实验和理论计算,进行了C02激光与3种离体猪肉组织光热效应的比较研究。采用微型热电偶探针测量不同激光功率照射下组织的内部温度,采用二维有限元法（FEM）求解生物热传输方程,理论计算与实验条件相同。组织温度与激光照射时间和探针位置密切相关,根据所测温度曲线上升时间精确确定激光照射时间,根据实验和计算曲线的相似性确...     

CO2激光诱导空气等离子体放电通道特性研究

为了研究高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的特性,建立了高压电容充放电实验平台,激光束经离轴抛物聚焦镜汇聚,引发间距可调的盘状电极和针状电极之间的等离子体放电通道。利用电气参量测量、发射光谱测量等手段,分析了等离子体放电通道的启动特性、阻抗特性和等离子体密度。结果表明,激光束与放电方向同轴的结构以及较大的脉冲能量,使得激光诱导等离子体放电通道的启动时间大幅缩短,50mm间距的等离子体通道,启动时间约为2μs;激光诱导等离子体放电通道的阻抗很小,约1Ω~2Ω,并且阻抗值随放电电压的增加有减小的趋势,而与等离子体通道长度的关系不明显;由谱线的Stark展宽计算获得的空气击穿之后、放电启动之前的等离子体电子密度约为1019cm-3,尽管放电启动时等离子体辐射显著增强,但等离子体密度近乎单调下降。这些结果将有利于高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的应用研究。     

高功率CO2激光器输出窗热效应的研究

高功率CO2激光器输出窗不可避免地要吸收谐振腔的激光能量,在其内部产生非均匀温度场的分布,并引起输出窗发生热形变。输出窗的热效应改变了CO2激光器谐振腔的品质因数,影响激光器的稳定性和输出光束的质量。对于输出窗准确的温度场和热形变场研究是解决热透镜效应的关键。利用半解析方法对CO2激光器在TEM00工作模式下,输出窗的温度场及热形变量场进行研究。研究方法和所得结论具有普适性,可以应用到其它具有轴对称性热模型产生的温度场、热形变分析工作中。     

基于激光热弹效应的碳纤维增强树脂复合材料缺陷检测机理研究北大核心CSCD

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced resin polymer, CFRP)在周期载荷作用下产生的基体裂纹、纤维断裂等微损伤的累积会严重影响CFRP的力学性能,微损伤尺寸较小且位置分散,传统的无损检测方法难以准确识别。激光超声检测技术具有非接触、检测速度快、测量范围广等优点,特别是结合激光的远距离激励和大角度入射的优势,在大尺寸、曲面形式结构材料的损伤检测方面有巨大的潜力。本文基于激光热弹效应,在分析激光作用到CFRP后的温度、应力和位移场分布的基础上,对CFRP内部超声波的产生过程和传播特性进行了系统研究。并通过对CFRP中不同处存在缺陷时的超声波回波信号的分析比较,得到缺陷位置与回波信号特性之间的对应关系,从而实现从回波信号特征反演出CFRP中缺陷位置的关键信息。     

脉冲式CO2激光治疗腋臭的疗效观察

为观察脉冲式CO2激光治疗腋臭的临床疗效,本文对112例患者随机分组进行脉冲式CO2激光(实验组)和连续CO2激光(对照组)治疗.结果脉冲式a1激光治疗组治愈率(87.1%)高于对照组(70.0%),伤口愈合时间(9.2±1.27天)低于对照组(11.5±1.85天),提示脉冲式CO2激光为治疗腋臭的更适宜光种.     

基于EMD的激光声表面波仿真分析

激光超声凭借其具有非接触、信号的信噪比高、灵敏度高、频带宽等特点,在材料的检测方面有着独特优势.本文利用有限元软件针对激光激励声表面波过程进行了数值模拟,得到了声表面波的传播特性;对实际检测信号进行了EMD去噪,得到了去噪后的重构信号,将去噪后的信号同仿真信号对比.结果证明激光超声激发的声表面波主要沿着材料表层向四周发...