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。     

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.     

热膨胀机制产生窄带激光声信号的方法研究

为压缩激光声信号的带宽,基于热膨胀激光致声理论提出了一种采用高重频激光脉冲串产生窄带声信号的方法(重频法),推导了最优重复频率的计算过程,并通过实验测量对重频法进行了验证。以声信号在中心频率处的功率谱密度为参考标准,将重频法与长脉冲法产生窄带声信号的性能进行了比较。理论分析与实验结果表明,激光器在最优重复频率下产生的声信号窄带特性最好;最优重复频率与激光波长、光束半径以及观测角有关;激光脉冲数大于10时,重频法的性能优于长脉冲法;脉冲数为100时,在中心频率处重频法的功率谱密度比长脉冲法高9.3dB。     

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。     

超快脉冲激光下石墨烯薄膜光声效率影响因素分析

基于固体的光声效应理论,建立了石墨烯薄膜光声效应的理论模型,推导了石墨烯薄膜光声信号的声压表达式.对不同基底的石墨烯薄膜进行了超快脉冲激光下的光声理论计算和实验测试,对比发现,计算值与实验值在频域内的变化趋势基本吻合,有效验证了理论模型的正确性.进而,利用灵敏度分析法对影响石墨烯薄膜光声效率的相关因素进行研究,结果表明...     

脉冲CO2激光水下致声声脉冲特性的实验研究

以分析水中的光声信号的特点为目的,采用实验的方法利用压电陶瓷球形水听器、数字存储示波器,对TEACO2脉冲激光在水中激发声波的幅度、频率等特性进行了测量,并用信号分析软件进行分析和处理。结果表明,TEACO2脉冲激光在水中产生的声信号幅度随脉冲能量增加而增大。实验中首次发现,激光声频率在100kHz以内有31kHz和62kHz两个峰值,且该两频率峰值随激光脉冲宽度增加而减小。光声信号的以上特性表明,可以通过调节激光脉冲的能量和宽度,选择或控制应用于水声通信、水下资源探测等技术的光声信号。     

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。     

脉冲激光倍频产生的光声信号的研究

当调ＱＹＡＧ脉冲激光在ＬｉＩＯ３晶体中产生倍频时，由于部分基频光转换成倍频光，激光在倍频晶体中产生的光声信号将会增强，并随晶体的倍频位相失配角变化。报道了有关的实验结果，并进行了分析。     

布里渊介质对纳秒激光脉冲的波形传输及功率限幅特性

从麦克斯韦方程和光传输方程出发，利用计算机模拟了几种受激布里渊散射(SBS)介质对输出波长为1064nm的Nd：YAG纳秒激光脉冲的功率限幅特性．为了描述SBS的功率限幅特性，定义了以下功率限幅参数：限幅输出脉冲峰值功率、脉冲宽度压缩率、功率限幅幅值、剩余峰值功率、延迟时间、限幅时间宽度．理论模拟了上述功率限幅参量随布里渊介质参数的变化关系．     

激光脉冲波形对推力器性能的影响

激光推力器性能优化是激光推力器研究的重要组成部分。受硬件条件的限制,激光推进领域激光脉冲时间波形对推力器性能影响的研究并未广泛展开。以两台CO2激光器的实际脉冲波形为基准,建立了两组激光能量输入模型,其波形时间分布相似,单脉冲能量相同,但脉冲持续时间及峰值功率不同。数值计算比较了不同脉冲波形下抛物型激光推力器的性能,结果表明:峰值功率和脉冲持续时间是影响推力器性能的重要参数,高功率短持续时间的脉冲波形更有利于提高冲量耦合系数和推力;两种实际脉冲波形的冲量耦合系数数值计算结果分别为40.9×10-5N.s/J,30.0×10-5N.s/J,与文献报道实验测量结果基本吻合。为激光推进CO2激光器的脉冲波形设计提供支持及研究思路,具有一定参考价值。     

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。     

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

脉冲泵浦钛宝石激光器的能量转换效率分析与实验

根据纵向泵浦脉冲钛宝石激光器的特点，建立了能量转换效率的数字方程。对影响能量转换效率物理参数进行计算机模拟，理论分析极限能量转换效率为54％，实验上实现了重复率10Hz．770nm波长的能量转换效率为46．5％。     

等离子体开关在TEA CO2激光倍频中的应用

简要分析了脉冲整形对于TEA CO2激光倍频实验的重要性和必要性。目前，获得短脉冲的激光脉冲整形技术中，等离子体开关结构简单，而且脉冲整形效果好，是获得高质量短脉冲比较好的方法。设计了利用激光触发气体击穿产生等离子体的方式进行脉冲整形的等离子体开关，并利用电磁波在等离子体中的反射和传播对其工作原理进行了说明。利用自行研制的等离子体开关进行了TEA CO2激光脉冲整形实验，将主峰半高全宽(FWHM)60 ns，带有长达数百纳秒的氮气拖尾的TEA CO2激光脉冲斩去拖尾、整形，得到了FWHM 30 ns的窄脉冲。在双块AgGaSe2晶体(长分别为11．7mm和19．5mm)倍频实验光路图中加入等离子体开关所得倍频转换效率达12．9％，比起未加等离子体开关时最高转换效率2％有明显的增加。