激光击穿液体介质的空化与声辐射

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究进展

1.2.1 激光击穿液体介质及空化效应

1.2.2 激光与生物组织的相互作用

1.2.3 激光声效应的研究及应用

第2章 高功率激光击穿液体介质的物理过程

2.1 引言

2.2 液态水的激光击穿机制

2.2.1 等离子体特性分析

2.2.2 激光等离子体的产生机制

2.2.3 光击穿阈值

2.3 激光与等离子体的相互作用

2.3.1 激光在等离子体中的传播

2.3.2 等离子体对激光的吸收机制

2.4 激光等离子体膨胀冲击波辐射

2.4.1 激光等离子体冲击波的形成

2.4.2 水下冲击波的基本方程

2.5 激光击穿液体的空化特性

2.5.1 液体空化现象

2.5.2 激光空泡与水动力空泡的相似性分析

2.5.3 空化泡的理论基础

2.5.4 液体黏性对空泡脉动的影响

2.5.5 液体表面张力对空泡脉动的影响

2.5.6 含气量对空泡脉动的影响

2.6 小结

第3章 激光击穿液体空泡特性的高速图像测量

3.1 引言

3.2 液体激光空泡的测量系统

3.2.1 产生瞬态单一空泡的液体激光击穿装置

3.2.2 空泡的图像测量系统

3.2.3 液体特性

3.3 激光击穿液体过程的图像测量

3.3.1 500帧／s拍摄的空泡生长过程

3.3.2 5万帧／s拍摄的空泡生长过程

3.3.3 20万帧／s拍摄的空泡生长过程

3.3.4 36万帧／s拍摄的空泡生长过程

3.4 空泡尺寸的图像计算

3.5 光击穿液体空泡特性的分析

3.5.1 空泡脉动的尺寸变化特性

3.5.2 空泡脉动的周期特性

3.5.3 空泡脉动能量的变化

3.5.4 空泡脉动的冲击波辐射

3.5.5 空泡溃灭发光特性

3.6 小结

第4章 空泡在壁面附近溃灭及空蚀特性

4.1 空泡空蚀的研究进展

4.2 壁面附近空泡溃灭空蚀机理

4.2.I 空泡溃灭冲击波效应

4.2.2 壁面附近空泡溃灭射流效应

4.2.3 空泡的溃灭冲击压力

4.3 激光空泡空蚀及高速摄影实验测试

4.3.1 壁面附近激光空泡渍灭效应的实验装置

4.3.2 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 多空泡运动及其与壁面相互作用

5.1 引言

5.2 双空泡在自由水域运动特性

5.2.1 双空泡运动方程

5.2.2 实验设计

5.2.3 高速摄像实验结果

5.2.4 实验结果分析

5.3 双空泡在自由液面附近运动特性

5.3.1 双空泡与自由液面相互作用研究概况

5.3.2 实验设计

5.3.3 实验结果分析

5.4 双空泡在刚性壁面附近运动特性

5.4.1 壁面附近空泡特性研究概况

5.4.2 实验设计

5.4.3 实验结果分析

第6章 远场激光击穿液体介质声辐射特性

6.1 引言

6.2 光击穿液体声辐射理论模型

6.2.1 等离子体形成的辐射声场

6.2.2 激光空泡溃灭形成的辐射声场

6.3 水介质光击穿声辐射特性的测量

6.3.1 实验设计

6.3.2 激光击穿波形特性分析

6.3.3 激光声信号的声源级

6.3.4 激光声信号频谱

6.3.5 激光声信号传输特性

6.4 聚焦状态与激光声信号的关系

6.4.1 实验设计

6.4.2 实验数据分析

6.5 水面击穿与水下击穿对声信号的影响

6.5.1 激光聚焦点位置的影响

6.5.2 实验设计

6.5.3 数据分析

6.5.4 结论

6.6 不同液体介质特性对激光声信号的影响

6.6.1 实验设计

6.6.2 数据分析

6.7 水体盐度对光击穿声辐射特性的影响

6.7.1 实验设备及测量系统

6.7.2 实验数据分析

6.8 水深对激光声信号的影响

6.8.1 空泡声辐射特性

6.8.2 外界压力对气泡半径的影响

6.8.3 深水水池激光致声实验分析

第7章 窄波束激光声特性

7.1 引言

7.2 激光致声换能器整体结构图

7.3 激光致声发射换能器的基本原理

7.3.1 透声平面处是平面波的证明

7.3.2 对激光声脉冲波形的控制

7.3.3 对光声能量转换效率的控制

7.3.4 发射换能器的技术参数

7.4 接收换能器的技术参数

7.5 激光致声换能器性能分析

7.6 激光致声换能器需要解决的几个问题

7.7 实验系统

7.8 激光致声换能器信号分析

7.9 特性阻抗边界条件下的声压级分布情况

7.10 声硬面反射条件下的指向性

7.11 激光声换能器应用于目标探测分析

7.11.1 声纳目标

7.11.2 距离盲区

7.11.3 噪声背景下的探测距离

7.11.4 混响背景下的探测距离

7.12 对沉底目标的探测

7.13 激光声换能器的应用于通信分析

7.13.1 激光声信号的调制

7.13.2 激光声信号的信息发射速率

7.13.3 激光致声换能器的通信距离

7.14小结

第8章 激光声信号在水下目标探测中的应用

8.1 引言

8.2 激光声信号水中应用的特点

8.3 水下目标的双波段激光探测模式

8.4 蓝绿激光水下目标探测

8.4.1 蓝绿激光水下探测

8.4.2 典型的蓝绿激光水下探测系统

8.5 红外波段激光声水下目标探测

8.5.1 基本原理

8.5.2 水下声场激光检测

8.5.3 激光声探测实验验证分析

8.5.4 实验数据分析

8.6 结论

第9章 空中平台对水下目标的激光声通信

9.1 问题提出

9.2 空中平台对水下目标的激光声通信基本模式

9.2.1 空基激光声通信

9.2.2 天基激光声通信

9.2.3 陆基激光声通信

9.3 激光声通信的实验验证

9.4 总结

参考文献

《激光击穿液体介质的空化与声辐射》系统地介绍了高功率激光击穿水介质的微观物理过程，并详细阐述了空泡在自由水域、近刚性壁面及近自由水面的运动特性、激光击穿水介质辐射声波的理论、水中激光声脉冲的特性和传播衰减规律以及激光声在目标探测、通信领域的应用。
　　《激光击穿液体介质的空化与声辐射》可供从事空化空蚀、水下爆炸毁伤、激光水下探测等领域的有关科学研究和工程技术人员及高等院校相关专业的教师、研究生、高年级学生参考。