激光击穿液体介质的空化与声辐射 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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宗思光，王江安，曹水 等 著

图书标签:

• 激光击穿
• 空化效应
• 液体物理
• 声辐射
• 超声波
• 激光技术
• 流体力学
• 材料科学
• 非线性光学
• 冲击波

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118086508

版次：1

商品编码：11280886

包装：精装

开本：16开

出版时间：2013-05-01

用纸：胶版纸

页数：226

正文语种：中文

内容简介

　　《激光击穿液体介质的空化与声辐射》系统地介绍了高功率激光击穿水介质的微观物理过程，并详细阐述了空泡在自由水域、近刚性壁面及近自由水面的运动特性、激光击穿水介质辐射声波的理论、水中激光声脉冲的特性和传播衰减规律以及激光声在目标探测、通信领域的应用。
　　《激光击穿液体介质的空化与声辐射》可供从事空化空蚀、水下爆炸毁伤、激光水下探测等领域的有关科学研究和工程技术人员及高等院校相关专业的教师、研究生、高年级学生参考。

目录

第1章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究进展
1.2.1 激光击穿液体介质及空化效应
1.2.2 激光与生物组织的相互作用
1.2.3 激光声效应的研究及应用

第2章 高功率激光击穿液体介质的物理过程
2.1 引言
2.2 液态水的激光击穿机制
2.2.1 等离子体特性分析
2.2.2 激光等离子体的产生机制
2.2.3 光击穿阈值
2.3 激光与等离子体的相互作用
2.3.1 激光在等离子体中的传播
2.3.2 等离子体对激光的吸收机制
2.4 激光等离子体膨胀冲击波辐射
2.4.1 激光等离子体冲击波的形成
2.4.2 水下冲击波的基本方程
2.5 激光击穿液体的空化特性
2.5.1 液体空化现象
2.5.2 激光空泡与水动力空泡的相似性分析
2.5.3 空化泡的理论基础
2.5.4 液体黏性对空泡脉动的影响
2.5.5 液体表面张力对空泡脉动的影响
2.5.6 含气量对空泡脉动的影响
2.6 小结

第3章 激光击穿液体空泡特性的高速图像测量
3.1 引言
3.2 液体激光空泡的测量系统
3.2.1 产生瞬态单一空泡的液体激光击穿装置
3.2.2 空泡的图像测量系统
3.2.3 液体特性
3.3 激光击穿液体过程的图像测量
3.3.1 500帧／s拍摄的空泡生长过程
3.3.2 5万帧／s拍摄的空泡生长过程
3.3.3 20万帧／s拍摄的空泡生长过程
3.3.4 36万帧／s拍摄的空泡生长过程
3.4 空泡尺寸的图像计算
3.5 光击穿液体空泡特性的分析
3.5.1 空泡脉动的尺寸变化特性
3.5.2 空泡脉动的周期特性
3.5.3 空泡脉动能量的变化
3.5.4 空泡脉动的冲击波辐射
3.5.5 空泡溃灭发光特性
3.6 小结

第4章 空泡在壁面附近溃灭及空蚀特性
4.1 空泡空蚀的研究进展
4.2 壁面附近空泡溃灭空蚀机理
4.2.I 空泡溃灭冲击波效应
4.2.2 壁面附近空泡溃灭射流效应
4.2.3 空泡的溃灭冲击压力
4.3 激光空泡空蚀及高速摄影实验测试
4.3.1 壁面附近激光空泡渍灭效应的实验装置
4.3.2 实验结果与分析
4.4 本章小结

第5章 多空泡运动及其与壁面相互作用
5.1 引言
5.2 双空泡在自由水域运动特性
5.2.1 双空泡运动方程
5.2.2 实验设计
5.2.3 高速摄像实验结果
5.2.4 实验结果分析
5.3 双空泡在自由液面附近运动特性
5.3.1 双空泡与自由液面相互作用研究概况
5.3.2 实验设计
5.3.3 实验结果分析
5.4 双空泡在刚性壁面附近运动特性
5.4.1 壁面附近空泡特性研究概况
5.4.2 实验设计
5.4.3 实验结果分析

第6章 远场激光击穿液体介质声辐射特性
6.1 引言
6.2 光击穿液体声辐射理论模型
6.2.1 等离子体形成的辐射声场
6.2.2 激光空泡溃灭形成的辐射声场
6.3 水介质光击穿声辐射特性的测量
6.3.1 实验设计
6.3.2 激光击穿波形特性分析
6.3.3 激光声信号的声源级
6.3.4 激光声信号频谱
6.3.5 激光声信号传输特性
6.4 聚焦状态与激光声信号的关系
6.4.1 实验设计
6.4.2 实验数据分析
6.5 水面击穿与水下击穿对声信号的影响
6.5.1 激光聚焦点位置的影响
6.5.2 实验设计
6.5.3 数据分析
6.5.4 结论
6.6 不同液体介质特性对激光声信号的影响
6.6.1 实验设计
6.6.2 数据分析
6.7 水体盐度对光击穿声辐射特性的影响
6.7.1 实验设备及测量系统
6.7.2 实验数据分析
6.8 水深对激光声信号的影响
6.8.1 空泡声辐射特性
6.8.2 外界压力对气泡半径的影响
6.8.3 深水水池激光致声实验分析

第7章 窄波束激光声特性
7.1 引言
7.2 激光致声换能器整体结构图
7.3 激光致声发射换能器的基本原理
7.3.1 透声平面处是平面波的证明
7.3.2 对激光声脉冲波形的控制
7.3.3 对光声能量转换效率的控制
7.3.4 发射换能器的技术参数
7.4 接收换能器的技术参数
7.5 激光致声换能器性能分析
7.6 激光致声换能器需要解决的几个问题
7.7 实验系统
7.8 激光致声换能器信号分析
7.9 特性阻抗边界条件下的声压级分布情况
7.10 声硬面反射条件下的指向性
7.11 激光声换能器应用于目标探测分析
7.11.1 声纳目标
7.11.2 距离盲区
7.11.3 噪声背景下的探测距离
7.11.4 混响背景下的探测距离
7.12 对沉底目标的探测
7.13 激光声换能器的应用于通信分析
7.13.1 激光声信号的调制
7.13.2 激光声信号的信息发射速率
7.13.3 激光致声换能器的通信距离
7.14小结

第8章 激光声信号在水下目标探测中的应用
8.1 引言
8.2 激光声信号水中应用的特点
8.3 水下目标的双波段激光探测模式
8.4 蓝绿激光水下目标探测
8.4.1 蓝绿激光水下探测
8.4.2 典型的蓝绿激光水下探测系统
8.5 红外波段激光声水下目标探测
8.5.1 基本原理
8.5.2 水下声场激光检测
8.5.3 激光声探测实验验证分析
8.5.4 实验数据分析
8.6 结论

第9章 空中平台对水下目标的激光声通信
9.1 问题提出
9.2 空中平台对水下目标的激光声通信基本模式
9.2.1 空基激光声通信
9.2.2 天基激光声通信
9.2.3 陆基激光声通信
9.3 激光声通信的实验验证
9.4 总结
参考文献

前言/序言

《光致声学：激光与物质相互作用的奥秘》 内容概要： 本书深入探讨了激光与物质在非线性相互作用下产生声波的物理现象，尤其聚焦于光致声学这一前沿领域。全书以严谨的科学态度和详实的理论推演，系统阐述了激光驱动物质产生声学效应的基本原理、关键机制以及多种应用场景。我们旨在为读者构建一个清晰、完整的知识框架，使其能够理解从微观粒子行为到宏观声学响应的完整链条。 第一章：光与物质的初遇——相互作用基础 本章将从最基础的物理概念出发，为后续内容的理解奠定坚实基础。首先，我们将回顾电磁波与物质相互作用的基本理论，包括光子的能量、动量以及其与原子、分子、固态材料的耦合方式。重点介绍不同频率的光（如紫外、可见光、红外）与物质相互作用时产生的不同效应，例如电子跃迁、振动激发、转动激发以及电子-声子耦合等。 随后，我们将引入激光这一特殊的光源。激光的高强度、单色性、相干性和方向性赋予了它与物质相互作用的独特性。本章将详细讲解激光与物质相互作用的几种核心模式： 吸收（Absorption）： 激光能量被物质吸收，导致其内部能量状态的改变。我们将区分线性吸收和非线性吸收，并解释高强度激光下多光子吸收、电离等过程。 散射（Scattering）： 激光在与物质相互作用时发生方向改变，并可能伴随能量转移。我们将讨论瑞利散射、拉曼散射等经典现象，并重点介绍与非线性过程相关的散射，如参量散射。 透射（Transmission）： 激光穿过物质，其强度和相位可能发生改变。 反射（Reflection）： 激光在物质表面发生反射。 在此基础上，本章将初步介绍非线性光学效应，为后续章节中激光诱导声波的产生机制做好铺垫。例如，当激光强度足够高时，物质的介电常数会随着激光场强发生变化，从而引发二次谐波产生、三倍频产生、自聚焦等非线性现象。这些非线性光学效应往往与后续声学效应的产生密切相关。 第二章：声波的诞生——光致声学效应的根源 本章是本书的核心，将深入剖析激光诱导声波产生的物理机制。我们将从热效应、电致伸缩效应、光致空化（作为一种特殊的、产生强冲击波的声学效应）等角度进行分析。 热致声波（Thermoacoustic Waves）： 这是最普遍的光致声学机制。当激光能量被物质吸收后，会以热量的形式释放出来，引起局部温度的急剧升高。这种温度变化会迅速导致物质的膨胀，产生压力梯度，从而激发纵波（声波）。我们将详细分析不同激光脉冲宽度（皮秒、纳秒、飞秒）下热致声波的产生和传播特性。例如，短脉冲激光可以实现高效的能量沉积，产生更强的热应力。我们将讨论热传导、热扩散等过程对声波传播的影响。 电致伸缩效应（Electrostrictive Effect）： 在非中心对称介质中，激光的强电场可以直接引起介质的形变，从而产生声波。这种效应与介质的非线性极化率相关，尤其在高强度激光场下更为显著。我们将分析不同晶体材料中电致伸缩效应的差异，以及它在产生高频声波方面的优势。 光致空化诱导声波（Photo-induced Cavitation Acoustic Waves）： 在液体介质中，当激光强度达到一定阈值时，会引发局部物质的汽化，形成微小的气泡，即空化泡。空化泡的快速形成、生长和溃灭过程会产生强烈的冲击波，这就是我们通常意义上说的“声辐射”。本章将详细分析激光诱导空化的阈值、空化泡的动力学演化过程（如生长速度、最大半径、溃灭模式等），以及其产生的声波的频谱和强度特征。我们将特别关注空化泡溃灭时产生的非线性声波，其能量集中且具有很高的峰值压力。 第三章：激光参量与声波特性——可控性与调控 本章将聚焦于激光的参数如何影响光致声学效应以及由此产生的声波特性。我们将探讨以下关键因素： 激光波长（Wavelength）： 不同的激光波长对应不同的光子能量，决定了激光与物质相互作用的类型和效率。例如，紫外激光容易引起化学键断裂，而红外激光可能主要引起分子振动。波长的选择直接影响吸收率和能量沉积效率，进而影响声波的强度和频率。 激光功率/能量密度（Power/Energy Density）： 这是触发非线性效应和强声波产生的关键因素。阈值效应在光致声学中非常普遍，例如空化阈值、非线性吸收阈值等。我们将定量分析激光功率密度与声波幅值、声压之间的关系。 激光脉冲宽度（Pulse Duration）： 从飞秒到毫秒，不同的脉冲宽度会带来截然不同的相互作用动力学。超短脉冲（飞秒）可以实现“冷”激发，最小化热扩散，从而产生更纯粹的电子激发和更尖锐的声学响应。长脉冲则会带来显著的热效应和热扩散。我们将详细讨论不同脉冲宽度下的能量沉积模式和声波传播特性。 重复频率（Repetition Rate）： 对于重复脉冲激光，重复频率会影响相邻脉冲间的热累积效应，从而影响声波的平均功率和持续性。 此外，本章还将讨论其他可能影响声波特性的因素，如激光光斑尺寸、光束质量、偏振状态等。 第四章：声波的传播与探测——从源头到接收 本章将转向声波的传播和探测。声波在物质中的传播受到介质的声学参数（如声速、密度、声阻抗）、吸收以及散射的影响。 声波的传播动力学： 我们将讨论声波在不同介质（固体、液体、气体）中的传播特性，包括波速、衰减、频散等。对于液体中的激光诱导声波，尤其关注其在非均匀介质中的传播行为。 声波的探测技术： 本章将介绍多种用于探测激光诱导声波的技术，包括： 压电换能器（Piezoelectric Transducers）： 最常用的声波探测器，将声压转换为电信号。 光学探测技术： 利用激光与声波相互作用产生的衍射、散射或相位调制来探测声波，例如利用激光干涉仪、光声显微镜等。这种技术具有非接触、高分辨率等优点。 声呐系统（Sonar Systems）： 在水声领域，将激光诱导的声波作为信号源或探测信号。 微振动传感器： 用于探测材料表面微小的振动。 我们将分析不同探测技术的灵敏度、时域和频域分辨率，以及它们在特定应用场景下的适用性。 第五章：光致声学在科学研究与工程应用中的角色 本章将展示光致声学效应的广泛应用潜力，这些应用涵盖了基础科学研究到高科技工程领域。 材料表征与无损检测（Material Characterization and Non-Destructive Testing, NDT）： 超声波产生（Ultrasound Generation）： 激光诱导的声波可以作为一种高频超声波源，用于材料内部缺陷的探测，例如裂纹、夹杂物等。与传统的压电超声波源相比，激光诱导超声波具有波形可调、空间分辨率高等优点。 材料成分与结构分析： 光声显微镜（Photoacoustic Microscopy, PAM）利用不同物质对激光吸收率的差异以及产生的声波信号，能够实现材料的无损成像和成分分析。 表面形貌分析： 通过分析激光诱导的声波信号，可以获取材料表面的微观形貌信息。 生物医学成像与治疗（Biomedical Imaging and Therapy）： 光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）： PAI是一种结合了光学激发和声学探测的成像技术，能够提供高分辨率、深穿透的组织内部结构和功能信息，在肿瘤检测、血管成像等方面具有巨大潜力。 激光诱导声化学（Laser-Induced Sonochemistry）： 利用激光诱导的声波（特别是空化泡溃灭产生的强冲击波）可以催化化学反应，例如提高反应速率、改变反应路径，在药物合成、材料制备等领域有应用前景。 冲击波治疗： 激光诱导的强冲击波可以用于体外冲击波碎石术（ESWL）等医疗应用。 精密加工与制造（Precision Machining and Manufacturing）： 激光冲击强化（Laser Shock Peening）： 利用激光诱导的冲击波可以改变材料表面的残余应力，提高材料的疲劳强度和抗裂纹扩展能力，在航空航天、汽车制造等领域有重要应用。 微纳加工： 精确控制激光诱导的声波可以实现微纳尺度的材料去除或改性。 基础科学研究： 高压物理研究： 激光诱导的强压力可以用于模拟地球深部或宇宙极端环境下的物质行为。 超快动力学研究： 结合超快激光和光致声学，可以研究物质在极短时间尺度下的相变、电子-声子耦合等动力学过程。 第六章：前沿进展与未来展望 本章将对光致声学领域的最新研究进展进行回顾，并对未来的发展趋势进行展望。我们将关注： 飞秒激光诱导超快声学： 探索更精细的亚皮秒、阿秒尺度下的声学现象。 新型介质中的光致声学： 研究等离子体、量子材料、复杂流体等特殊介质中的光致声学行为。 人工智能与机器学习在光致声学中的应用： 利用AI技术优化激光参数、提高成像质量、预测声波行为等。 多物理场耦合效应： 探索激光、声场、电场、磁场等多种物理场耦合作用下的新现象和新应用。 环境友好型光声技术： 发展更高效、更低能耗的光声技术，并拓展其在环境监测等领域的应用。 本书旨在为光学、声学、材料科学、生物医学工程等领域的科研人员、工程师和高年级学生提供一个全面、深入的学习平台，帮助读者理解激光与物质相互作用产生的奥秘，并激发他们在这一交叉学科领域进行创新研究和技术开发的灵感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名非常吸引我：《激光击穿液体介质的空化与声辐射》。我一直对激光与物质相互作用的微观世界充满好奇，尤其是在液体环境中，这种相互作用会产生哪些肉眼看不到但又至关重要的现象，例如“空化”和“声辐射”，一直是我非常感兴趣的领域。从书名来看，这本书似乎深入探讨了激光能量如何作用于液体，引发微观气泡的产生和破裂（空化），以及在这个过程中伴随产生的声学效应。这不仅能帮助我们理解基础的物理过程，或许还能在工业应用、医疗技术（如超声治疗）等方面找到新的突破口。想象一下，通过精确控制激光参数，我们就能在液体中“雕刻”出纳米级的结构，或者利用产生的声波进行无损检测，这本身就充满了科学的魅力。我期待这本书能以清晰易懂的方式，介绍相关的理论模型，展示实验数据，并分析其背后的物理机制。如果书中还能包含一些前沿的研究进展和未来发展趋势，那就更完美了。这本书的出现，无疑为我对激光-液体相互作用这一复杂课题的学习提供了一个极佳的起点，相信它能带领我进入一个充满未知的科学探索之旅，解锁更多关于能量与物质转化的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我拿到《激光击穿液体介质的空化与声辐射》这本书时，其实是带着一种学习和探索的心态。我对物理学的很多分支都有涉猎，但对于激光与液体相互作用产生空化和声辐射的这一特定领域，之前的了解相对有限。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我一步步深入了解这个课题。它不仅仅是简单地罗列公式和理论，而是通过条理清晰的逻辑，将复杂的物理过程分解成可理解的单元。从激光与介质的耦合，到能量的沉积，再到空化泡的成核、生长和溃灭，每一个环节都被细致地阐述。更让我印象深刻的是，书中对声辐射的描述，它不仅仅是提及“有声波产生”，而是深入分析了声波的频谱特征、能量分布以及其与空化动力学的内在联系。这让我明白，声辐射并非简单的副产品，而是空化过程本质的体现，甚至可以作为反演空化行为的重要信息来源。如果书中还能结合一些经典的实验案例，或者介绍一些先进的探测技术，那就更能加深读者对实验验证过程的理解，对于我这样希望理论与实践结合的人来说，将是极大的裨益。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面和书名——《激光击穿液体介质的空化与声辐射》——立刻勾起了我对物理学领域一个既有挑战性又充满趣味的课题的兴趣。在我的理解中，激光作为一种高度集中的能量源，当它作用于液体时，可以引发一系列非线性的物理过程。其中，“空化”这个词就暗示着微小气泡的形成和演变，而“声辐射”则指代伴随产生的声波。我非常好奇，激光的能量是如何克服液体的表面张力和内聚力，从而在微观尺度上“撕裂”介质，形成空腔的？又是什么样的机制，使得这些快速变化的空腔能够以声波的形式将能量传递出去？这本书如果能够深入剖析激光能量耦合到液体介质中的效率问题，以及不同类型激光（如连续波、脉冲激光）对空化和声辐射特性的影响，那就太有价值了。我设想书中可能会涉及到一些高斯光束、平顶光束等不同光束特性的分析，以及它们与液体内部压力波动的关联。此外，如果能讨论到空化泡溃灭时产生的高温高压等极端条件，以及这些条件对周围物质可能产生的影响，那将更加引人入胜，对理解材料改性、微纳制造等应用场景有着重要的启发意义。

评分☆☆☆☆☆

最近读完一本关于《激光击穿液体介质的空化与声辐射》的书，感觉就像打开了一个全新的物理世界。书里详细介绍了激光在照射液体时，能量是如何集中并引发局部过热，进而形成微小气泡（即空化泡）的过程。最令我着迷的是，作者不仅解释了空化泡的产生，还深入剖析了它在成长、收缩乃至坍塌时的复杂动力学行为。特别是当这些空化泡在极短时间内剧烈破裂时，会释放出巨大的能量，产生强烈的冲击波和高频声辐射。这些声波的性质，如频率、强度和传播方式，都与激光的参数（如能量密度、脉冲宽度）以及液体的性质（如密度、表面张力）密切相关。书中通过大量的理论推导和实验数据，将这些抽象的概念具象化，让我得以窥见微观世界里能量转换的精妙之处。此外，书中还可能触及了这种现象在不同领域的潜在应用，比如在材料加工、生物医学以及声学成像等方面的可能性，这极大地拓宽了我的视野，让我看到了基础研究如何驱动技术创新，解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

最近偶然翻阅到一本名为《激光击穿液体介质的空化与声辐射》的书，它的主题恰好触及了我长期以来对能量、物质与声学之间复杂关系的思考。我一直认为，声波并非仅仅是振动传递的媒介，它蕴含着能量，并且可以被用来探测和影响物质。当这种能量来源于激光——一种能够精确控制和传递能量的光束——并且作用于液体这种高度流动的介质时，所产生的现象无疑是引人入胜的。我特别关注书中是否会阐述激光诱导空化泡的动力学模型，比如如何用数值模拟的方法去捕捉空化泡的形成、生长、振荡乃至溃灭的全过程。而与之紧密相连的声辐射，又如何能够反映空化泡的这些动态特征？这本书如果能够提供一些关于如何通过测量声波信号来反推激光与液体相互作用过程的理论框架，或者介绍一些先进的声学检测技术在这一研究领域的应用，那将是对我非常有价值的参考。我还联想到，这种现象是否与某些生物学过程（如超声破碎细胞）或工业应用（如微流控操控）有着内在的联系，如果书中能触及这些跨学科的视角，那就更加完美了，能够为我打开更多关于学科交叉融合的思路。