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介质温度对受激布里渊散射特性影响的研究

汤宜军  
【摘要】:布里渊散射经过多年的发展,在理论和实验方面都取得了很多比较好的研究成果。随着布里渊散射海洋激光雷达的发展,人们迫切需要了解高能激光在水中的传输规律,以及介质属性的变化对散射过程产生的影响。本文主要研究了纯水作为传输介质时,水温的变化对受激布里渊散射(SBS)阈值和脉冲宽度的影响,并计算分析了温度变化对声子寿命和受激布里渊散射增益系数影响的关系,在完成以上工作的基础上,初步研究了环境温度、湿度、压强对高能脉冲激光水下传输衰减系数的影响。 本文在理论上分析了声子寿命、受激布里渊散射阈值和增益系数与介质温度之间的关系,并理论推导出介质温度变化对声子寿命以及受激布里渊散射阈值和脉宽影响的函数关系式,为实验开展奠定理论基础。在实验上,采用工作波长为532nm,脉宽为8ns的种子注入式Nd:YAG调Q脉冲激光器,激光线宽可调,通过调节激光器振荡级和放大级之间的延时来控制入射激光能量的大小,并采用循环水恒温冷却控制器对水槽内水温进行控制。我们在不同温度下,分别测量宽带和窄带情况下激光水下传输的衰减系数,并采集受激布里渊散射光信号的脉宽时序波形,重复操作6组,取平均后并作标准误差分析。实验结果表明受激布里渊散射阈值随介质温度的变化而变化,温度越高阈值越小,两者成反比;受激布里渊散射脉宽与介质温度成正比,温度越高脉宽越宽,脉冲压缩效应越不明显;并计算分析得到介质温度的变化造成声子寿命时间及SBS增益系数的改变,温度越高,对应的声子寿命时间越长,SBS增益系数越大,两者皆与介质温度成正比。 在上述工作的基础上,根据一年内环境温度、湿度、压强的变化,长期观测了不同环境条件下高能脉冲激光水下传输时的衰减系数。观测结果表明衰减系数与环境温度、湿度成正比,与气压成反比。气温越高,湿度越大,气压越小时,激光水下传输衰减越严重。


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