第1章 绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外研究进展 1
1.2.1激光击穿液体介质及空化效应 2
1.2.2激光与生物组织的相互作用 6
1.2.3激光声效应的研究及应用 7
第2章 高功率激光击穿液体介质的物理过程 9
2.1引言 9
2.2液态水的激光击穿机制 10
2.2.1等离子体特性分析 10
2.2.2激光等离子体的产生机制 11
2.2.3光击穿阈值 14
2.3激光与等离子体的相互作用 15
2.3.1激光在等离子体中的传播 16
2.3.2等离子体对激光的吸收机制 17
2.4激光等离子体膨胀冲击波辐射 19
2.4.1激光等离子体冲击波的形成 20
2.4.2水下冲击波的基本方程 22
2.5激光击穿液体的空化特性 26
2.5.1液体空化现象 27
2.5.2激光空泡与水动力空泡的相似性分析 28
2.5.3空化泡的理论基础 28
2.5.4液体黏性对空泡脉动的影响 30
2.5.5液体表面张力对空泡脉动的影响 31
2.5.6含气量对空泡脉动的影响 33
2.6小结 34
第3章 激光击穿液体空泡特性的高速图像测量 36
3.1引言 36
3.2液体激光空泡的测量系统 37
3.2.1产生瞬态单一空泡的液体激光击穿装置 37
3.2.2空泡的图像测量系统 38
3.2.3液体特性 40
3.3激光击穿液体过程的图像测量 40
3.3.1 500帧/s拍摄的空泡生长过程 41
3.3.2 5万帧/s拍摄的空泡生长过程 41
3.3.3 20万帧/s拍摄的空泡生长过程 41
3.3.4 36万帧/s拍摄的空泡生长过程 43
3.4空泡尺寸的图像计算 48
3.5光击穿液体空泡特性的分析 51
3.5.1空泡脉动的尺寸变化特性 51
3.5.2空泡脉动的周期特性 54
3.5.3空泡脉动能量的变化 56
3.5.4空泡脉动的冲击波辐射 56
3.5.5空泡溃灭发光特性 60
3.6小结 62
第4章 空泡在壁面附近溃灭及空蚀特性 63
4.1空泡空蚀的研究进展 63
4.2壁面附近空泡溃灭空蚀机理 65
4.2.1空泡溃灭冲击波效应 65
4.2.2壁面附近空泡溃灭射流效应 67
4.2.3空泡的溃灭冲击压力 68
4.3激光空泡空蚀及高速摄影实验测试 72
4.3.1壁面附近激光空泡溃灭效应的实验装置 72
4.3.2实验结果与分析 75
4.4本章小结 90
第5章 多空泡运动及其与壁面相互作用 91
5.1引言 91
5.2双空泡在自由水域运动特性 91
5.2.1双空泡运动方程 91
5.2.2实验设计 94
5.2.3高速摄像实验结果 95
5.2.4实验结果分析 105
5.3双空泡在自由液面附近运动特性 110
5.3.1双空泡与自由液面相互作用研究概况 110
5.3.2实验设计 111
5.3.3实验结果分析 111
5.4双空泡在刚性壁面附近运动特性 124
5.4.1壁面附近空泡特性研究概况 124
5.4.2实验设计 125
5.4.3实验结果分析 126
第6章 远场激光击穿液体介质声辐射特性 135
6.1引言 135
6.2光击穿液体声辐射理论模型 135
6.2.1等离子体形成的辐射声场 135
6.2.2激光空泡溃灭形成的辐射声场 141
6.3水介质光击穿声辐射特性的测量 142
6.3.1实验设计 142
6.3.2激光击穿波形特性分析 143
6.3.3激光声信号的声源级 146
6.3.4激光声信号频谱 146
6.3.5激光声信号传输特性 148
6.4聚焦状态与激光声信号的关系 149
6.4.1实验设计 149
6.4.2实验数据分析 150
6.5水面击穿与水下击穿对声信号的影响 155
6.5.1激光聚焦点位置的影响 155
6.5.2实验设计 156
6.5.3数据分析 157
6.5.4结论 162
6.6不同液体介质特性对激光声信号的影响 162
6.6.1实验设计 162
6.6.2数据分析 163
6.7水体盐度对光击穿声辐射特性的影响 165
6.7.1实验设备及测量系统 166
6.7.2实验数据分析 167
6.8水深对激光声信号的影响 168
6.8.1空泡声辐射特性 168
6.8.2外界压力对气泡半径的影响 169
6.8.3深水水池激光致声实验分析 171
第7章 窄波束激光声特性 174
7.1引言 174
7.2激光致声换能器整体结构图 175
7.3激光致声发射换能器的基本原理 176
7.3.1透声平面处是平面波的证明 176
7.3.2对激光声脉冲波形的控制 177
7.3.3对光声能量转换效率的控制 178
7.3.4发射换能器的技术参数 179
7.4接收换能器的技术参数 181
7.5激光致声换能器性能分析 182
7.6激光致声换能器需要解决的几个问题 183
7.7实验系统 184
7.8激光致声换能器信号分析 186
7.9特性阻抗边界条件下的声压级分布情况 187
7.10声硬面反射条件下的指向性 189
7.11激光声换能器应用于目标探测分析 189
7.11.1声纳目标 190
7.11.2距离盲区 190
7.11.3噪声背景下的探测距离 190
7.11.4混响背景下的探测距离 191
7.12对沉底目标的探测 191
7.13激光声换能器的应用于通信分析 193
7.13.1激光声信号的调制 193
7.13.2激光声信号的信息发射速率 194
7.13.3激光致声换能器的通信距离 195
7.14小结 195
第8章 激光声信号在水下目标探测中的应用 197
8.1引言 197
8.2激光声信号水中应用的特点 197
8.3水下目标的双波段激光探测模式 197
8.4蓝绿激光水下目标探测 199
8.4.1蓝绿激光水下探测 199
8.4.2典型的蓝绿激光水下探测系统 200
8.5红外波段激光声水下目标探测 203
8.5.1基本原理 203
8.5.2水下声场激光检测 203
8.5.3激光声探测实验验证分析 205
8.5.4实验数据分析 206
8.6结论 209
第9章 空中平台对水下目标的激光声通信 210
9.1问题提出 210
9.2空中平台对水下目标的激光声通信基本模式 210
9.2.1空基激光声通信 210
9.2.2天基激光声通信 213
9.2.3陆基激光声通信 215
9.3激光声通信的实验验证 216
9.4总结 218
参考文献 219