激光激发声波技术研究

摘要

激光激发声波技术是一种兼具激光和声波优点的复合技术，由于具有非接触、精度高、可靠性强等优点而被广泛应用于诸多领域，如工业领域中对待测样品进行无损检测、医疗领域中治疗心血管疾病中的血栓、煤矿安全生产领域中对瓦斯气体检测等等。
　　 除了在上面提及的传统领域大展身手外，激光激发声波技术在新兴的水下通信领域也具有广泛的应用前景。水下环境导致陆地上广泛应用的无线电磁波通信方式无法适用，而近十几年来提出的蓝绿激光通信技术由于水下通信环境非常恶劣，只能在较为澄净的水域中实现有限的传播距离，因而限制了蓝绿激光通信技术的应用。而激光激发水下声波通信技术结合了激光与声波两种介质的优点:利用大气窗口，红外激光可在大气中实现远距离传播;而水下环境则是声场传播的优良信道，因此激光激发水下声波通信技术具有非常广阔的应用前景。
　　 对于激光激发水下声波通信实验，首先，本论文从激光激发声波的机制分析出发，对高能量激光脉冲在固体、水中激发声波的机制做了系统性的阐述。其次，本论文对激光在非线性机制下激发声波的波形、频谱特性以及激光脉冲重复频率对激发声波的影响做了研究与分析。最后，我们对不同通信速率下的通信质量误码率做了定量分析，并通过运用重复发送信号的方法，以克服高通信速率下激光激发声波的不稳定性。
　　 此外，本论文还对激光超声测量钢板厚度这一技术进行了研究，实现了压电法测量钢板厚度的实验系统，并对不同厚度的钢板样品进行了测量，测量结果与标准值非常接近。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究的目的和意义

1．2 课题的研究背景

1．2．1 激光激发水下声波通信技术的发展历程与研究现状

1．2．2 激光超声技术的研究现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 激光激发声波的基本原理及检测方法

2．1 激光入射固体激发声波机制

2．1．1 激光入射固体激发声波机制概述

2．1．2 热弹机制

2．1．3 等离子体机制

2．1．4 约束表面波机制

2．2 激光入射水中激发声波机制

2．2．1 激光入射水中激发声波机制概述

2．2．2 线性机制

2．2．3 非线性机制

2．3 激光激发声波的检测方法

2．4 激光超声测厚原理

第3章．非线性机制下激光激发水下声波通信系统设计

3．1 实验系统设计

3．1．1 激光器

3．1．2 超声探头、滤波器及放大器

3．1．3 信号发生、接收及误码率测量模块

3．1．4 软件设计

3．2 实验数据及结果

3．2．1 实验平台的搭建

3．2．2 激光单脉冲激发声波信号的时域、频谱分析及通信原理

3．2．3 激光脉冲在不同重复频率下激发声波的波形分析

3．2．4 激光激发水下声波通信结果分析

第4章．激光超声测厚系统设计

4．1 实验系统设计

4．1．1 激光器

4．1．2 实验系统光路图

4．2 实验数据及结果

第5章．总结与展望

参考文献

作者简介及攻读硕士学位期间的研究成果