液体激光聚焦击穿声辐射特性研究

激光与水介质相互作用时,在不同激光聚焦位置情况下,光击穿辐射声信号具有较大的差异性。为研究激光聚焦位置对辐射声波的影响,构建了激光声测量系统,实验研究了激光聚焦位置对光击穿辐射声信号的影响。结果表明,激光声信号脉冲宽度主要与激光脉冲宽度相关,与激光聚焦位置无关;激光聚焦位置影响声信号的时域波形及信号强度;应避免激光在空气中聚焦击穿。该研究结果有助于激光声研究的深入开展。     

不同盐度海水的光击穿声辐射特性研究

强激光聚焦于水下时,通过光击穿机制辐射强声波信号。水体介质的盐度不同,在同等的激光参数、光学系统条件下,光击穿辐射的声波在强度、脉冲波形、频谱特征上具有一定的差异性。为研究水介质盐度对激光击穿形成的空泡辐射声波的影响,构建了激光声测量系统,实验研究了不同水体盐度参数对光击穿辐射声信号的影响。结论：激光击穿水介质伴随空泡脉动、声信号辐射效应;激光声信号脉冲宽度与水体盐度无关;空泡尺寸和激光声信号强度与激光脉冲能量成正比关系;水体盐度与激光声信号的强度早非线性变化关系。研究结果有助于激光声在海洋中的应用。     

不同环境压强下激光空泡特性研究

构建了激光空泡测量实验平台,使用脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡,由水听器对激光空泡溃灭辐射声信号进行接收,利用充气泵对高压水箱内的气压进行精确控制。通过仿真计算和实验对不同环境压强下的激光空泡特征和其溃灭时辐射声信号的峰值变化特性进行了研究。结果表明:当环境压强处在0.1~0.7 MPa 范围内变化时,随着环境压强的增大,激光空泡首次脉动周期和空泡最大半径逐渐减小,两者的变化速率逐渐减小。空泡溃灭时辐射声信号的峰值声压在0.1~0.4 MPa内逐渐增大,在0.4~0.7MPa 内逐渐减小,且增大速率大于减小速率。     

激光在液体中的声效应研究

以研究液体中激光声波的特点与应用为目的,从理论上分析脉冲激光在液体中产生的声波的波阵面、光声脉冲波形的特点,并用实验的方法观察脉冲CO2 激光光声脉冲的波形、频谱特性及光击穿现象。结果表明光声波的波阵面与吸收激光能量的媒质的形状有关;光声波的波形随激发机制而变化; CO2 脉冲激光在水中通过热膨胀机制激发的声波能量主要分布在100kHz以下,光击穿时水面可以观察到微爆炸和亮光现象。可以通过液体中光声效应现象和 光声信号波形的变化判断其激发机制,并确定液体的汽化与光击穿阈值,控制激发过程以获得确定特性的光声信号。     

高功率激光空化气泡声辐射特性研究

研究了水下高功率激光击穿水介质形成单空泡及空泡辐射声波的特性,推导了激光空泡辐射声波信号在击穿近场、远场的特性模型.利用调Q Nd:YAG激光聚焦水下击穿水介质产生空泡,采用高速摄像机、高频测量水听器对激光空泡的生长过程及辐射的声波信号进行了测量.实验结果与理论模型吻合,可为相关研究提供参考.     

液体中激光声传输特性

为了了解激光声在液体中的传输特性,理论分析了激光声的传输特性,并采用高速照相机、光纤MEMS水听器对激光声进行了实验研究,利用小波变换对采集的不同位置上的激光声信号各级频谱特性进行了分析。结果表明:激光声属于一种脉动球源,激光声信号传输过程中幅度与距离成反比关系;激光声的分析频带内存在明显的优势频率,峰值频率稳定在3.1 kHz,带宽稳定在3 kHz;低频信号的能量占总能量的70%以上,高频部分主要是噪声;从功率谱波形分析看,低频信号的强度幅值随时间、距离变化衰减较慢,而高频噪声随时间、距离变换衰减较快。     

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.     

液体射流激光击穿光谱检测重金属研究

基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,研究了实验条件(如积分延时、激光能量等)对金属LIBS谱线强度的影响。实验获取了K2Cr2O7、Pb(NO3)2和CdBr2水溶液样品在532nm激光激发下的等离子体发射光谱,标识了Cr、Pb和Cd等重金属元素的特征谱线,获得Cr、Pb、Cd的探测限约为0.32、15.6、57.6mg/L,展示了液体射流LIBS用于水体中重金属快速检测的能力。     

激光声信号作为通信声源的实验研究

建立了激光声测量实验系统,采用Nd∶YAG激光器产生激光声信号,利用水听器测量激光声信号。通过实验分析了单个激光声信号的特征,研究了激光声信号的传输特性,进行了初步的激光声通信实验。结果表明,利用激光声作为通信声源具有可行性。随着传输距离的增加,激光声信号的衰减由快变慢,高频段能量衰减变快,低频段能量衰减变慢。该研究结果有助于激光声在通信领域的发展应用。     

液体中光声热弹光穿透效应的研究

从光声热弹性的基本方程出发 ,在理论和实验上研究了液体在激光直接照射下产生超声波时 ,光穿透深度对声源的影响。在二维情况下 ,忽略热扩散效应 ,利用汉克积分变换法和最陡下降法解热扩散方程和波动方程 ,得出位移的解析表达式。讨论了光穿透深度对声源指向性的影响 ,并用数值计算方法和绘图软件画出光穿透深度对声源指向性影响的理论曲线图。最后 ,利用实验验证了理论结果。     

液态水的光学击穿效应

详细描述了液态水光学击穿现象并且对该效应的机理做了初步探讨。     

光学外差法产生微波信号特性的研究

采用光学外差技术产生微波信号,是利用两个光信号之间的频率差,这个频率差就是微波信号的频率.光信号的一些参数变化会影响产生的微波信号,针对偏振、初相位、谱线宽度等影响因素,进行了深入的理论分析与推导,并对推导的结果进行仿真,得到了随着这些参数的改变导致所产生的微波信号特性的一些变化规律.

Abstract：

A microwave signal produced by optical heterodyne technology is based on the frequency deviation of two optical signals, which is the frequency of the microwave signal. Some optical parameters can affect the generated microwave signal, and for these influencing factors, such as polarization, initial phase, and line width, analysis and derivations are conducted. And the results of the derivation are simulated, and the relationship between the changes of microwave signal and these parameters is obtained.     

利用分束器产生的一类非经典光学态

把相干态和任意粒子数态作为分束器的输入态,通过条件测量可以得到被剪切了的输出态。本文研究了这些剪切了的输出态的性质。结果显示,当在某一输出端测量到零个光子时,在另一输出端得到的剪切了的输出态呈现较强的压缩和亚泊松分布等非经典效应,而且这种非经典效应受输入粒子数态的粒子数的影响,即输入粒子数态的粒子数较大时其非经典性相对较强．当在其中一个输出端测量到m(m＞0)个光子时,条件测量后的各输出态在光场性质上表现类似,但也都呈现出明显的压缩和亚泊松分布等非经典效应。尤其值得注意的是,当输入的是单粒子数态时,条件测量后的输出态中与测量相对应的粒子数态被剪去。     

CCD类成像器件的噪声研究

CCD图像传感器的输出信号是空间采样的离散模拟信号,其中夹杂着各种噪声和干扰。对CCD信号进行处理的目的就是在不损失图像细节的前提下,尽可能地消除噪声和干扰,以提高信噪比,获取高质量的图像。为此,必须对CCD的噪声种类和特性有所了解,并针对各种噪声进行相应的去噪处理。所以对CCD成像器件噪声部分的研究,有利于提高CCD成像器件的分辨率,也能提高探测微弱光的能力。     

带噪的战场声信号盲分离方法研究

提出了一种噪声环境中战场混合声信号盲分离方法.基于含噪的独立分量分析模型,对观测信号进行准白化,去除噪声引起的协方差偏移量;定义观测信号中随机变量的高斯矩为无偏估计的目标函数,最大化此目标函数得到了一种改进的FastICA算法,应用于带噪的战场混合声信号盲分离.仿真实验证明,改进算法能较好改善分离效果,具有很好的鲁棒性.     

贝塞耳光束相干产生局域空心光束的实验研究

利用轴棱锥产生的两束贝塞耳光相干实现局域空心光束.基于"相干贝塞耳光产生具有塔尔博特效应的局域空心光束"的理论,数值模拟了两束贝塞耳光干涉后光场沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程.实验中通过两个不同底角的轴棱锥产生两束具有不同径向波矢的贝塞耳光进行相干形成局域空心光束,实验结果与理论分析及数值模拟相吻合.     

激光诱导击穿钢液等离子体有效信号提取研究

将激光诱导击穿光谱技术应用于高温熔融钢液的直接检测.搭建了适应高温辐射环境下的激光诱导击穿光谱实验系统,用电感熔炉模拟炼钢现场,得到了高温熔融钢液在175～1050nm波段范围内的光谱全图,合理选取了Si元素和Mn元素的分析谱线,通过计算,对比分析了Si元素和Mn元素谱线信噪比随延迟时间的演化曲线.实验结果表明,通过选取合适的分析谱线及延迟时间,可以减少强烈的高温辐射及丰富的Fe元素谱线的干扰,并有利于实现钢液中激光诱导击穿光谱方法的多元素同时检测.     

红外线加热下冰层融化特性实验

为研究红外加热下冰层融化特性和除冰能效,搭建了红外线加热除冰实验台,采用实验的方法,研究融化过程中冰层内部温度变化,计算融冰速率及除冰能效.实验结果表明:利用红外线加热除冰,辐射能量被冰层表面接收后会以热传导的方式由表面向内部传递;融冰水蓄存会降低融冰速率,冰层厚度5.8±0.2 cm条件下除冰时间增加73%;红外加热管温度对除冰能效影响显著,低温加热器比高、中温加热器更节能,其平均能效比后者分别高21%和35%.