基于有限元的水中受激布里淵散射數(shù)值模擬.pdf

1、采用調(diào)頻探測(cè)的受激布里淵散射(SBS)水下探測(cè)技術(shù),可直接探測(cè)到入射光與水相互作用產(chǎn)生的后向散射光信號(hào)，而分析此散射信號(hào)不僅可以識(shí)別目標(biāo)的有無(wú)，還可以探測(cè)到水下物體所處深度等信息。目前，受激布里淵散射方法已成為水下目標(biāo)探測(cè)技術(shù)中的重要補(bǔ)充，所以提高SBS探測(cè)系統(tǒng)的性能意義重大。本論文通過(guò)對(duì)單池聚焦結(jié)構(gòu)的SBS物理模型進(jìn)行數(shù)值模擬，探討泵浦光參數(shù)、介質(zhì)參數(shù)和聚焦參數(shù)對(duì)SBS特性的影響規(guī)律，如能量反射率、相位共軛保真度、穩(wěn)態(tài)增益系數(shù)等，進(jìn)而

2、選擇合適的參數(shù)來(lái)達(dá)到提高SBS探測(cè)系統(tǒng)性能的目的。
　　本文從麥克斯韋方程組與納維-斯托克斯方程出發(fā)，推導(dǎo)非平面波、橫向衍射和介質(zhì)吸收的三維瞬態(tài)SBS耦合波方程組。根據(jù)單池聚焦結(jié)構(gòu)的SBS物理模型和實(shí)驗(yàn)室條件，對(duì)SBS耦合波方程作穩(wěn)態(tài)近似，并將高斯光束的表達(dá)式從三維簡(jiǎn)化為二維，建立了對(duì)應(yīng)的二維穩(wěn)態(tài)SBS數(shù)學(xué)模型。采用有限元法對(duì)此SBS數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值求解，進(jìn)而數(shù)值模擬泵浦光參數(shù)（單脈沖能量、脈寬、波長(zhǎng)等）、介質(zhì)參數(shù)（聲子壽命、相互

3、作用長(zhǎng)度）、聚焦參數(shù)（透鏡焦距）對(duì)SBS特性的影響，獲得了能量反射率、相位共軛保真度、穩(wěn)態(tài)增益系數(shù)隨上述系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律。
　　數(shù)值模擬表明，增大泵浦光的單脈沖能量可以提高SBS的能量反射率、相位共軛保真度；泵浦光的帶寬對(duì)SBS有抑制作用，泵浦光越大，SBS穩(wěn)態(tài)增益系數(shù)越??；在不超過(guò)SBS有效作用長(zhǎng)度的情況下，相互作用長(zhǎng)度越長(zhǎng)SBS能量反射率、相位共軛保真度越高；SBS的能量反射率、最大穩(wěn)態(tài)增益與聲子壽命成正比；存在一個(gè)最佳焦距