海水受激布里渊散射特性的理论研究

摘要

海洋探测布里渊雷达技术结合了布里渊散射、激光雷达和遥感技术,探测方式新颖,探测范围较广,既可以探测海水的温度、盐度、声速等海况,也可以用于目标识别,判别水下是否有水雷、隐形潜艇等物体,对于进一步了解海洋、发展经济和巩固国防有重大意义.海洋探测布里渊雷达的快速发展迫切需要全面、科学地研究高能激光在水中的传输规律,特别是海水本身属性变化对受激布里渊散射特性的影响.rn 海水温度的改变不仅导致其密度、折射率改变,影响了入射激光的传播,还会造成其电致伸缩系数和粘度的变化,从而直接关系声子寿命的长短,受激布里渊散射增益系数的大小,影响受激布里渊散射特性.本文从理论上分析了海水折射率、声子寿命和受激布里渊散射增益系数随海水温度变化的规律,发现随着海水温度升高,其折射率缓慢下降,受激布里渊散射增益系数和声子寿命显著增大;基于受激布里渊散射的耦合波方程,采用时间隐式有限差分、空间后向差分法,数值计算了海水的瞬态受激布里渊散射建立过程,研究了受激布里渊散射脉冲宽度,脉冲建立时间,能量反射率和阈值与海水的关系.研究发现,海水温度升高过程中,受激布里渊散射脉冲宽度和能量反射率略有减小,而脉冲建立时间几乎不受影响.在此基础上分别分析了海水折射率、声子寿命和受激布里渊散射增益系数对受激布里渊散射脉冲宽度、脉冲建立时间和能量反射率的影响.研究还发现,随着海水温度升高,受激布里渊散射阈值逐渐升高.rn 为了提高探测深度,需要采用一个扩束汇聚系统,保证激光只在聚焦点附近达到受激布里渊散射阈值.为此,本文还研究了不同探测深度对受激布里渊散射脉冲宽的影响.研究发现,随着探测深度增大,受激布里渊散射脉冲宽度迅速下降,脉宽压缩效应显著增加.