混和液体介质的受激布里渊散射研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要受激布里渊散射(SBS)具有自泵浦、实时产生相位共辘波、较理想地修正任意波前畸变等特点，目前己大量应用于成象畸变修正、激光光束质量改善、激光脉冲压缩、激光束并束等领域。研究SBS介质参数对SBS特性的影响，对于选择合适的介质，从而获得高光束质量的激光有重要的意义。本文主要从理论和实验两方面研究了介质参数(吸收系数、增益系数和声子寿命)的变化对SBS能量反射率和脉冲压缩的影响。理论上，从受激布里渊散射过程的泵浦场、斯托克斯场和声子场相互作用的祸合波方程组出发，建立了一维瞬态SBS理论模型，在

2、时间上使用隐式有限差分法，在空间上使用后向差分法，对祸合波方程组离散化。对SBS反射率、脉宽随介质参数的变化规律进行了数值模拟，并将计算结果进行了拟合，得到了SBS反射率随介质参数变化的函数表达式。实验上，利用Nd:YAG激光器作泵浦源，研究了环己烷一四氯化碳和苯-丙酮混合液体介质的SBS特性，分析了混合溶液中单质体积比对SBS能量反射率和脉宽的影响，通过改变混合溶液中单质体积比的办法讨论了介质参数对SBS能量反射率和脉宽的影响，给出了混合溶液的SBS介质参数与单质的SBS介质参数及其在混合溶液中所占比例的定量关系的经验公

3、式。并与理论模型得出的数值模拟结果进行了对比，发现它们只是数值上有差别，理论结果中，能量反射率高于实验结果，SBS脉宽小于实验结果。根据给出的经验公式研究了甲醇一四氯化碳和甲醇一正己烷混合液体介质，发现理论与实验符合较好，从而证明了理论模型和经验公式的合理性。这对于选择混合液体研究SBS特性有一定的指导作用。关键词受激布里渊散射;混合液体介质;能量反射率;介质参数哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractStimulatedBrillouinScattering(SBS)hasthecharacteristicsofs

4、elf-pumping,producingphaseconjugationwaveandcompensatingwavefrontaberration.Itisnowappliedtomanyfieldssuchasimageaberrationcorrection,laserbeamqualityimprovement,laserpulsecompression,andlaserbeamcombination.Inthedissertation,SBSreflectivityandpulsecompressionasfu

5、nctionsofmediumparametersareinvestigatedtheoreticallyandexperimentallypumpedbyNd:YAGlaser.Firstly,basedonthecoupledwaveequationsofinteractionbetweenthepumpfield,theStokesfieldandtheacousticfieldintheSBSprocess,one-dimensiontheoreticalmodelofstimulatedBrillouinscat

6、teringisconstructed.Usingaschemewithanimplicitfinitediferencingintimeandadown-winddifferencinginspace,thedifferencingformofthecoupledwaveequationsisestablished.SBSreflectivityandpulsewidtharenumericallysimulatedandthefunctionsofmediumparametersareobtainedbylineara

7、ndnonlinearfit.Secondly,inexperiment,binaryliquidmixturesofcyclohexane-carbontetrachloride,benzene-acetoneareinvestigatedthroughBrillouinscatteringexperimentsindetail.TheSBSenergyreflectivityandpulsewidthasafunctionofmolarfractionismeasured.Themolarfractiondepende

8、nceofSBSphysicalparameters,includingabsorptioncoefficientandgaincoefficient,isfoundtoexhibitalinearfunction.Intheend,binaryliquidmixturesofmethanol-carb