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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