受激布里渊散射stokes波形特性研究

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1、ｙ１４３６０７１分类号：ＵＤＣ：密级：编号：工学硕士学位论文受激布里渊散射Ｓｔｏｋｅｓ波形特性研究硕士研究生：张玉林指导教师：吕月兰教授学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：２００８年４月论文答辩日期：２００８年６月学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨’１：程人学硕士学何论文摘要受激布罩渊散射（ＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ）是获得光学相位共轭光的一种重要手段，具有自泵浦、及实时地产生相位共轭波特点。本文基于受激布里渊散射（ＳＢＳ）相位共轭技术，结合对海洋有高透射率蓝绿光（波长５３２ｎｓ）脉冲激光系统，提出了基于受激布里渊散射原理实现

2、水下物体探测方法。通过对ＳＢＳ过程Ｓｔｏｋｅｓ波形特性规律的研究，在理论上探索利用ＳＢＳ实现物体位置探测的可行性。本研究对发展受激布里渊散射理论及实际应用具有重要的科学意义。本文由受激布里渊散射过程泵浦场、斯托克斯场和声子场相互作用的耦合波方程组，‘建立了包含受激布里渊散射噪声起源的理论模型，接着建立了用于数值计算的单池ＳＢＳ的物理模型；从描述ＳＢＳ过程的耦合波方程出发，给出了描述单池ＳＢＳ过程的物理模型。在时间上使用隐式有限差分法，在空间上使用后向差分法，建立了耦合波方程组的差分格式，建立了ＳＢＳ数值计算模型，编制了用于模拟单池ＳＢＳ脉冲波形的数值计算程序。根据建立的数值计算模型，引入峰

3、值功率反射率、峰峰间隔、峰值比、调制深度、上升沿时间等参量，来描述ＳＢＳ过程中Ｓｔｏｋｅｓ波形特性。通过数值计算，理论分析了布里渊介质水中ＳＢＳ过程中Ｓｔｏｋｅｓ波形变化规律，获得了各波形特性参量依赖泵浦参数（泵浦峰值功率、泵浦脉宽）、介质参数（增益系数、声子寿命）和结构参数（聚焦透镜焦距、介质池长）等的变化规律，并深入探讨了上述各种参量影响波形特性的深层物理原因。通过对受激布里渊散射Ｓｔｏｋｅｓ脉冲波形变化规律进行分析，发现增大介质池长和泵浦脉宽，适当选择焦距、．泵浦能量、增益系数、声子寿命等参量，以便得到较高的峰值功率反射率和更好的响应特性。哈尔滨Ｔ稃人学硕十学位论文根据所建立的数值模

4、型，研究了光纤中受激向罩渊散射Ｓｔｏｋｅｓ光脉冲波形。引入峰值功率反射率、脉宽压缩比、调制深度、上升沿时间等参量，来描述光纤中ＳＢＳ过程中Ｓｔｏｋｅｓ波形变化特性。通过对受激布里渊散射Ｓｔｏｋｅｓ脉冲波形变化规律进行分析，发现增大泵浦脉宽、增加泵浦能量，选择增益系数大、声子寿命短的光纤介质，可以得到高反射率及更好的响应特性。本文对水介质及光纤中受激布罩渊散射的Ｓｔｏｋｅｓ波形变化规律做了系统研究，为利用ＳＢＳ实现海水物体实际探测提供了理论指导。关键词：受激布里渊散射；斯托克斯；脉冲波形哈尔滨：Ｉ：释大学硕十学何论文ＡｂｓｔｒａｃｔＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（

5、ＳＢＳ）ｉｓａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｓｔＯａｃｈｉｅｖｅｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎｂｅａｍ，ｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｅｌｆ－ｐｕｍｐｉｎｇ，ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎｗａｖｅ．ＴｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｉｓｂａｓｅｄｏｎｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＢＳ）ｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｗｉｔｈｌｉｇｈｔ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ５３２ｎｓ）ｐｕｌｓｅｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｄｉｏ

6、ｉｎｏｃｅａｎ．ＢａｓｅｄｏｎｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＢＳ），ｗｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｏｂｊｅｃｔｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ．ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇＳｔｏｋｅｓｐｕｌｓｅｐｏｒｔｒａｉｔｏｆＳＢＳｉＩｌｔｈｅｏｃｅａｎ，ｗｅｇｉｖｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｏｂｊｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｙＳＢＳ．ＴｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｃｉｅｎｃｅｍｅａｎｉｎｇｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙｏｆＳＢＳ．Ｆｉｒｓｔ，ｂａｓｅｄｏｎｃｏｕｐｌｅｄｗａｖ

7、ｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｕｍｐｆｉｅｌｄ，Ｓｔｏｋｅｓ氐ｌｄ，ａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎＳＢＳｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｉｎｃｌｕｄｉｎｇｎｏｉｓｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｏｎｅ－ｃｅｌｌＳＢＳｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌ