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)頻探測的受激布里淵散射(SBS)水下探測技術(shù),可直接探測到入射光與水相互作用產(chǎn)生的后向散射光信號，而分析此散射信號不僅可以識別目標的有無，還可以探測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探測技術(shù)中的重要補充，所以提高SBS探測系統(tǒng)的性能意義重大。本論文通過對單池聚焦結(jié)構(gòu)的SBS物理模型進行數(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，進而

2、選擇合適的參數(shù)來達到提高SBS探測系統(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物理模型和實驗室條件，對SBS耦合波方程作穩(wěn)態(tài)近似，并將高斯光束的表達式從三維簡化為二維，建立了對應的二維穩(wěn)態(tài)SBS數(shù)學模型。采用有限元法對此SBS數(shù)學模型進行數(shù)值求解，進而數(shù)值模擬泵浦光參數(shù)（單脈沖能量、脈寬、波長等）、介質(zhì)參數(shù)（聲子壽命、相互

3、作用長度）、聚焦參數(shù)（透鏡焦距）對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SBS有效作用長度的情況下，相互作用長度越長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；存在一個最佳焦距