激光擊穿液體介質的空化與聲輻射 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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宗思光，王江安，曹水 等 著

圖書標籤:

• 激光擊穿
• 空化效應
• 液體物理
• 聲輻射
• 超聲波
• 激光技術
• 流體力學
• 材料科學
• 非綫性光學
• 衝擊波

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118086508

版次：1

商品編碼：11280886

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2013-05-01

用紙：膠版紙

頁數：226

正文語種：中文

內容簡介

　　《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》係統地介紹瞭高功率激光擊穿水介質的微觀物理過程，並詳細闡述瞭空泡在自由水域、近剛性壁麵及近自由水麵的運動特性、激光擊穿水介質輻射聲波的理論、水中激光聲脈衝的特性和傳播衰減規律以及激光聲在目標探測、通信領域的應用。
　　《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》可供從事空化空蝕、水下爆炸毀傷、激光水下探測等領域的有關科學研究和工程技術人員及高等院校相關專業的教師、研究生、高年級學生參考。

目錄

第1章 緒論
1.1 引言
1.2 國內外研究進展
1.2.1 激光擊穿液體介質及空化效應
1.2.2 激光與生物組織的相互作用
1.2.3 激光聲效應的研究及應用

第2章 高功率激光擊穿液體介質的物理過程
2.1 引言
2.2 液態水的激光擊穿機製
2.2.1 等離子體特性分析
2.2.2 激光等離子體的産生機製
2.2.3 光擊穿閾值
2.3 激光與等離子體的相互作用
2.3.1 激光在等離子體中的傳播
2.3.2 等離子體對激光的吸收機製
2.4 激光等離子體膨脹衝擊波輻射
2.4.1 激光等離子體衝擊波的形成
2.4.2 水下衝擊波的基本方程
2.5 激光擊穿液體的空化特性
2.5.1 液體空化現象
2.5.2 激光空泡與水動力空泡的相似性分析
2.5.3 空化泡的理論基礎
2.5.4 液體黏性對空泡脈動的影響
2.5.5 液體錶麵張力對空泡脈動的影響
2.5.6 含氣量對空泡脈動的影響
2.6 小結

第3章 激光擊穿液體空泡特性的高速圖像測量
3.1 引言
3.2 液體激光空泡的測量係統
3.2.1 産生瞬態單一空泡的液體激光擊穿裝置
3.2.2 空泡的圖像測量係統
3.2.3 液體特性
3.3 激光擊穿液體過程的圖像測量
3.3.1 500幀／s拍攝的空泡生長過程
3.3.2 5萬幀／s拍攝的空泡生長過程
3.3.3 20萬幀／s拍攝的空泡生長過程
3.3.4 36萬幀／s拍攝的空泡生長過程
3.4 空泡尺寸的圖像計算
3.5 光擊穿液體空泡特性的分析
3.5.1 空泡脈動的尺寸變化特性
3.5.2 空泡脈動的周期特性
3.5.3 空泡脈動能量的變化
3.5.4 空泡脈動的衝擊波輻射
3.5.5 空泡潰滅發光特性
3.6 小結

第4章 空泡在壁麵附近潰滅及空蝕特性
4.1 空泡空蝕的研究進展
4.2 壁麵附近空泡潰滅空蝕機理
4.2.I 空泡潰滅衝擊波效應
4.2.2 壁麵附近空泡潰滅射流效應
4.2.3 空泡的潰滅衝擊壓力
4.3 激光空泡空蝕及高速攝影實驗測試
4.3.1 壁麵附近激光空泡漬滅效應的實驗裝置
4.3.2 實驗結果與分析
4.4 本章小結

第5章 多空泡運動及其與壁麵相互作用
5.1 引言
5.2 雙空泡在自由水域運動特性
5.2.1 雙空泡運動方程
5.2.2 實驗設計
5.2.3 高速攝像實驗結果
5.2.4 實驗結果分析
5.3 雙空泡在自由液麵附近運動特性
5.3.1 雙空泡與自由液麵相互作用研究概況
5.3.2 實驗設計
5.3.3 實驗結果分析
5.4 雙空泡在剛性壁麵附近運動特性
5.4.1 壁麵附近空泡特性研究概況
5.4.2 實驗設計
5.4.3 實驗結果分析

第6章 遠場激光擊穿液體介質聲輻射特性
6.1 引言
6.2 光擊穿液體聲輻射理論模型
6.2.1 等離子體形成的輻射聲場
6.2.2 激光空泡潰滅形成的輻射聲場
6.3 水介質光擊穿聲輻射特性的測量
6.3.1 實驗設計
6.3.2 激光擊穿波形特性分析
6.3.3 激光聲信號的聲源級
6.3.4 激光聲信號頻譜
6.3.5 激光聲信號傳輸特性
6.4 聚焦狀態與激光聲信號的關係
6.4.1 實驗設計
6.4.2 實驗數據分析
6.5 水麵擊穿與水下擊穿對聲信號的影響
6.5.1 激光聚焦點位置的影響
6.5.2 實驗設計
6.5.3 數據分析
6.5.4 結論
6.6 不同液體介質特性對激光聲信號的影響
6.6.1 實驗設計
6.6.2 數據分析
6.7 水體鹽度對光擊穿聲輻射特性的影響
6.7.1 實驗設備及測量係統
6.7.2 實驗數據分析
6.8 水深對激光聲信號的影響
6.8.1 空泡聲輻射特性
6.8.2 外界壓力對氣泡半徑的影響
6.8.3 深水水池激光緻聲實驗分析

第7章 窄波束激光聲特性
7.1 引言
7.2 激光緻聲換能器整體結構圖
7.3 激光緻聲發射換能器的基本原理
7.3.1 透聲平麵處是平麵波的證明
7.3.2 對激光聲脈衝波形的控製
7.3.3 對光聲能量轉換效率的控製
7.3.4 發射換能器的技術參數
7.4 接收換能器的技術參數
7.5 激光緻聲換能器性能分析
7.6 激光緻聲換能器需要解決的幾個問題
7.7 實驗係統
7.8 激光緻聲換能器信號分析
7.9 特性阻抗邊界條件下的聲壓級分布情況
7.10 聲硬麵反射條件下的指嚮性
7.11 激光聲換能器應用於目標探測分析
7.11.1 聲納目標
7.11.2 距離盲區
7.11.3 噪聲背景下的探測距離
7.11.4 混響背景下的探測距離
7.12 對沉底目標的探測
7.13 激光聲換能器的應用於通信分析
7.13.1 激光聲信號的調製
7.13.2 激光聲信號的信息發射速率
7.13.3 激光緻聲換能器的通信距離
7.14小結

第8章 激光聲信號在水下目標探測中的應用
8.1 引言
8.2 激光聲信號水中應用的特點
8.3 水下目標的雙波段激光探測模式
8.4 藍綠激光水下目標探測
8.4.1 藍綠激光水下探測
8.4.2 典型的藍綠激光水下探測係統
8.5 紅外波段激光聲水下目標探測
8.5.1 基本原理
8.5.2 水下聲場激光檢測
8.5.3 激光聲探測實驗驗證分析
8.5.4 實驗數據分析
8.6 結論

第9章 空中平颱對水下目標的激光聲通信
9.1 問題提齣
9.2 空中平颱對水下目標的激光聲通信基本模式
9.2.1 空基激光聲通信
9.2.2 天基激光聲通信
9.2.3 陸基激光聲通信
9.3 激光聲通信的實驗驗證
9.4 總結
參考文獻

前言/序言

《光緻聲學：激光與物質相互作用的奧秘》 內容概要： 本書深入探討瞭激光與物質在非綫性相互作用下産生聲波的物理現象，尤其聚焦於光緻聲學這一前沿領域。全書以嚴謹的科學態度和詳實的理論推演，係統闡述瞭激光驅動物質産生聲學效應的基本原理、關鍵機製以及多種應用場景。我們旨在為讀者構建一個清晰、完整的知識框架，使其能夠理解從微觀粒子行為到宏觀聲學響應的完整鏈條。 第一章：光與物質的初遇——相互作用基礎 本章將從最基礎的物理概念齣發，為後續內容的理解奠定堅實基礎。首先，我們將迴顧電磁波與物質相互作用的基本理論，包括光子的能量、動量以及其與原子、分子、固態材料的耦閤方式。重點介紹不同頻率的光（如紫外、可見光、紅外）與物質相互作用時産生的不同效應，例如電子躍遷、振動激發、轉動激發以及電子-聲子耦閤等。 隨後，我們將引入激光這一特殊的光源。激光的高強度、單色性、相乾性和方嚮性賦予瞭它與物質相互作用的獨特性。本章將詳細講解激光與物質相互作用的幾種核心模式： 吸收（Absorption）： 激光能量被物質吸收，導緻其內部能量狀態的改變。我們將區分綫性吸收和非綫性吸收，並解釋高強度激光下多光子吸收、電離等過程。 散射（Scattering）： 激光在與物質相互作用時發生方嚮改變，並可能伴隨能量轉移。我們將討論瑞利散射、拉曼散射等經典現象，並重點介紹與非綫性過程相關的散射，如參量散射。 透射（Transmission）： 激光穿過物質，其強度和相位可能發生改變。 反射（Reflection）： 激光在物質錶麵發生反射。 在此基礎上，本章將初步介紹非綫性光學效應，為後續章節中激光誘導聲波的産生機製做好鋪墊。例如，當激光強度足夠高時，物質的介電常數會隨著激光場強發生變化，從而引發二次諧波産生、三倍頻産生、自聚焦等非綫性現象。這些非綫性光學效應往往與後續聲學效應的産生密切相關。 第二章：聲波的誕生——光緻聲學效應的根源 本章是本書的核心，將深入剖析激光誘導聲波産生的物理機製。我們將從熱效應、電緻伸縮效應、光緻空化（作為一種特殊的、産生強衝擊波的聲學效應）等角度進行分析。 熱緻聲波（Thermoacoustic Waves）： 這是最普遍的光緻聲學機製。當激光能量被物質吸收後，會以熱量的形式釋放齣來，引起局部溫度的急劇升高。這種溫度變化會迅速導緻物質的膨脹，産生壓力梯度，從而激發縱波（聲波）。我們將詳細分析不同激光脈衝寬度（皮秒、納秒、飛秒）下熱緻聲波的産生和傳播特性。例如，短脈衝激光可以實現高效的能量沉積，産生更強的熱應力。我們將討論熱傳導、熱擴散等過程對聲波傳播的影響。 電緻伸縮效應（Electrostrictive Effect）： 在非中心對稱介質中，激光的強電場可以直接引起介質的形變，從而産生聲波。這種效應與介質的非綫性極化率相關，尤其在高強度激光場下更為顯著。我們將分析不同晶體材料中電緻伸縮效應的差異，以及它在産生高頻聲波方麵的優勢。 光緻空化誘導聲波（Photo-induced Cavitation Acoustic Waves）： 在液體介質中，當激光強度達到一定閾值時，會引發局部物質的汽化，形成微小的氣泡，即空化泡。空化泡的快速形成、生長和潰滅過程會産生強烈的衝擊波，這就是我們通常意義上說的“聲輻射”。本章將詳細分析激光誘導空化的閾值、空化泡的動力學演化過程（如生長速度、最大半徑、潰滅模式等），以及其産生的聲波的頻譜和強度特徵。我們將特彆關注空化泡潰滅時産生的非綫性聲波，其能量集中且具有很高的峰值壓力。 第三章：激光參量與聲波特性——可控性與調控 本章將聚焦於激光的參數如何影響光緻聲學效應以及由此産生的聲波特性。我們將探討以下關鍵因素： 激光波長（Wavelength）： 不同的激光波長對應不同的光子能量，決定瞭激光與物質相互作用的類型和效率。例如，紫外激光容易引起化學鍵斷裂，而紅外激光可能主要引起分子振動。波長的選擇直接影響吸收率和能量沉積效率，進而影響聲波的強度和頻率。 激光功率/能量密度（Power/Energy Density）： 這是觸發非綫性效應和強聲波産生的關鍵因素。閾值效應在光緻聲學中非常普遍，例如空化閾值、非綫性吸收閾值等。我們將定量分析激光功率密度與聲波幅值、聲壓之間的關係。 激光脈衝寬度（Pulse Duration）： 從飛秒到毫秒，不同的脈衝寬度會帶來截然不同的相互作用動力學。超短脈衝（飛秒）可以實現“冷”激發，最小化熱擴散，從而産生更純粹的電子激發和更尖銳的聲學響應。長脈衝則會帶來顯著的熱效應和熱擴散。我們將詳細討論不同脈衝寬度下的能量沉積模式和聲波傳播特性。 重復頻率（Repetition Rate）： 對於重復脈衝激光，重復頻率會影響相鄰脈衝間的熱纍積效應，從而影響聲波的平均功率和持續性。 此外，本章還將討論其他可能影響聲波特性的因素，如激光光斑尺寸、光束質量、偏振狀態等。 第四章：聲波的傳播與探測——從源頭到接收 本章將轉嚮聲波的傳播和探測。聲波在物質中的傳播受到介質的聲學參數（如聲速、密度、聲阻抗）、吸收以及散射的影響。 聲波的傳播動力學： 我們將討論聲波在不同介質（固體、液體、氣體）中的傳播特性，包括波速、衰減、頻散等。對於液體中的激光誘導聲波，尤其關注其在非均勻介質中的傳播行為。 聲波的探測技術： 本章將介紹多種用於探測激光誘導聲波的技術，包括： 壓電換能器（Piezoelectric Transducers）： 最常用的聲波探測器，將聲壓轉換為電信號。 光學探測技術： 利用激光與聲波相互作用産生的衍射、散射或相位調製來探測聲波，例如利用激光乾涉儀、光聲顯微鏡等。這種技術具有非接觸、高分辨率等優點。 聲呐係統（Sonar Systems）： 在水聲領域，將激光誘導的聲波作為信號源或探測信號。 微振動傳感器： 用於探測材料錶麵微小的振動。 我們將分析不同探測技術的靈敏度、時域和頻域分辨率，以及它們在特定應用場景下的適用性。 第五章：光緻聲學在科學研究與工程應用中的角色 本章將展示光緻聲學效應的廣泛應用潛力，這些應用涵蓋瞭基礎科學研究到高科技工程領域。 材料錶徵與無損檢測（Material Characterization and Non-Destructive Testing, NDT）： 超聲波産生（Ultrasound Generation）： 激光誘導的聲波可以作為一種高頻超聲波源，用於材料內部缺陷的探測，例如裂紋、夾雜物等。與傳統的壓電超聲波源相比，激光誘導超聲波具有波形可調、空間分辨率高等優點。 材料成分與結構分析： 光聲顯微鏡（Photoacoustic Microscopy, PAM）利用不同物質對激光吸收率的差異以及産生的聲波信號，能夠實現材料的無損成像和成分分析。 錶麵形貌分析： 通過分析激光誘導的聲波信號，可以獲取材料錶麵的微觀形貌信息。 生物醫學成像與治療（Biomedical Imaging and Therapy）： 光聲成像（Photoacoustic Imaging, PAI）： PAI是一種結閤瞭光學激發和聲學探測的成像技術，能夠提供高分辨率、深穿透的組織內部結構和功能信息，在腫瘤檢測、血管成像等方麵具有巨大潛力。 激光誘導聲化學（Laser-Induced Sonochemistry）： 利用激光誘導的聲波（特彆是空化泡潰滅産生的強衝擊波）可以催化化學反應，例如提高反應速率、改變反應路徑，在藥物閤成、材料製備等領域有應用前景。 衝擊波治療： 激光誘導的強衝擊波可以用於體外衝擊波碎石術（ESWL）等醫療應用。 精密加工與製造（Precision Machining and Manufacturing）： 激光衝擊強化（Laser Shock Peening）： 利用激光誘導的衝擊波可以改變材料錶麵的殘餘應力，提高材料的疲勞強度和抗裂紋擴展能力，在航空航天、汽車製造等領域有重要應用。 微納加工： 精確控製激光誘導的聲波可以實現微納尺度的材料去除或改性。 基礎科學研究： 高壓物理研究： 激光誘導的強壓力可以用於模擬地球深部或宇宙極端環境下的物質行為。 超快動力學研究： 結閤超快激光和光緻聲學，可以研究物質在極短時間尺度下的相變、電子-聲子耦閤等動力學過程。 第六章：前沿進展與未來展望 本章將對光緻聲學領域的最新研究進展進行迴顧，並對未來的發展趨勢進行展望。我們將關注： 飛秒激光誘導超快聲學： 探索更精細的亞皮秒、阿秒尺度下的聲學現象。 新型介質中的光緻聲學： 研究等離子體、量子材料、復雜流體等特殊介質中的光緻聲學行為。 人工智能與機器學習在光緻聲學中的應用： 利用AI技術優化激光參數、提高成像質量、預測聲波行為等。 多物理場耦閤效應： 探索激光、聲場、電場、磁場等多種物理場耦閤作用下的新現象和新應用。 環境友好型光聲技術： 發展更高效、更低能耗的光聲技術，並拓展其在環境監測等領域的應用。 本書旨在為光學、聲學、材料科學、生物醫學工程等領域的科研人員、工程師和高年級學生提供一個全麵、深入的學習平颱，幫助讀者理解激光與物質相互作用産生的奧秘，並激發他們在這一交叉學科領域進行創新研究和技術開發的靈感。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名非常吸引我：《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》。我一直對激光與物質相互作用的微觀世界充滿好奇，尤其是在液體環境中，這種相互作用會産生哪些肉眼看不到但又至關重要的現象，例如“空化”和“聲輻射”，一直是我非常感興趣的領域。從書名來看，這本書似乎深入探討瞭激光能量如何作用於液體，引發微觀氣泡的産生和破裂（空化），以及在這個過程中伴隨産生的聲學效應。這不僅能幫助我們理解基礎的物理過程，或許還能在工業應用、醫療技術（如超聲治療）等方麵找到新的突破口。想象一下，通過精確控製激光參數，我們就能在液體中“雕刻”齣納米級的結構，或者利用産生的聲波進行無損檢測，這本身就充滿瞭科學的魅力。我期待這本書能以清晰易懂的方式，介紹相關的理論模型，展示實驗數據，並分析其背後的物理機製。如果書中還能包含一些前沿的研究進展和未來發展趨勢，那就更完美瞭。這本書的齣現，無疑為我對激光-液體相互作用這一復雜課題的學習提供瞭一個極佳的起點，相信它能帶領我進入一個充滿未知的科學探索之旅，解鎖更多關於能量與物質轉化的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

最近讀完一本關於《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》的書，感覺就像打開瞭一個全新的物理世界。書裏詳細介紹瞭激光在照射液體時，能量是如何集中並引發局部過熱，進而形成微小氣泡（即空化泡）的過程。最令我著迷的是，作者不僅解釋瞭空化泡的産生，還深入剖析瞭它在成長、收縮乃至坍塌時的復雜動力學行為。特彆是當這些空化泡在極短時間內劇烈破裂時，會釋放齣巨大的能量，産生強烈的衝擊波和高頻聲輻射。這些聲波的性質，如頻率、強度和傳播方式，都與激光的參數（如能量密度、脈衝寬度）以及液體的性質（如密度、錶麵張力）密切相關。書中通過大量的理論推導和實驗數據，將這些抽象的概念具象化，讓我得以窺見微觀世界裏能量轉換的精妙之處。此外，書中還可能觸及瞭這種現象在不同領域的潛在應用，比如在材料加工、生物醫學以及聲學成像等方麵的可能性，這極大地拓寬瞭我的視野，讓我看到瞭基礎研究如何驅動技術創新，解決實際問題。

評分☆☆☆☆☆

最近偶然翻閱到一本名為《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》的書，它的主題恰好觸及瞭我長期以來對能量、物質與聲學之間復雜關係的思考。我一直認為，聲波並非僅僅是振動傳遞的媒介，它蘊含著能量，並且可以被用來探測和影響物質。當這種能量來源於激光——一種能夠精確控製和傳遞能量的光束——並且作用於液體這種高度流動的介質時，所産生的現象無疑是引人入勝的。我特彆關注書中是否會闡述激光誘導空化泡的動力學模型，比如如何用數值模擬的方法去捕捉空化泡的形成、生長、振蕩乃至潰滅的全過程。而與之緊密相連的聲輻射，又如何能夠反映空化泡的這些動態特徵？這本書如果能夠提供一些關於如何通過測量聲波信號來反推激光與液體相互作用過程的理論框架，或者介紹一些先進的聲學檢測技術在這一研究領域的應用，那將是對我非常有價值的參考。我還聯想到，這種現象是否與某些生物學過程（如超聲破碎細胞）或工業應用（如微流控操控）有著內在的聯係，如果書中能觸及這些跨學科的視角，那就更加完美瞭，能夠為我打開更多關於學科交叉融閤的思路。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我拿到《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》這本書時，其實是帶著一種學習和探索的心態。我對物理學的很多分支都有涉獵，但對於激光與液體相互作用産生空化和聲輻射的這一特定領域，之前的瞭解相對有限。這本書就像一位經驗豐富的嚮導，帶領我一步步深入瞭解這個課題。它不僅僅是簡單地羅列公式和理論，而是通過條理清晰的邏輯，將復雜的物理過程分解成可理解的單元。從激光與介質的耦閤，到能量的沉積，再到空化泡的成核、生長和潰滅，每一個環節都被細緻地闡述。更讓我印象深刻的是，書中對聲輻射的描述，它不僅僅是提及“有聲波産生”，而是深入分析瞭聲波的頻譜特徵、能量分布以及其與空化動力學的內在聯係。這讓我明白，聲輻射並非簡單的副産品，而是空化過程本質的體現，甚至可以作為反演空化行為的重要信息來源。如果書中還能結閤一些經典的實驗案例，或者介紹一些先進的探測技術，那就更能加深讀者對實驗驗證過程的理解，對於我這樣希望理論與實踐結閤的人來說，將是極大的裨益。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵和書名——《激光擊穿液體介質的空化與聲輻射》——立刻勾起瞭我對物理學領域一個既有挑戰性又充滿趣味的課題的興趣。在我的理解中，激光作為一種高度集中的能量源，當它作用於液體時，可以引發一係列非綫性的物理過程。其中，“空化”這個詞就暗示著微小氣泡的形成和演變，而“聲輻射”則指代伴隨産生的聲波。我非常好奇，激光的能量是如何剋服液體的錶麵張力和內聚力，從而在微觀尺度上“撕裂”介質，形成空腔的？又是什麼樣的機製，使得這些快速變化的空腔能夠以聲波的形式將能量傳遞齣去？這本書如果能夠深入剖析激光能量耦閤到液體介質中的效率問題，以及不同類型激光（如連續波、脈衝激光）對空化和聲輻射特性的影響，那就太有價值瞭。我設想書中可能會涉及到一些高斯光束、平頂光束等不同光束特性的分析，以及它們與液體內部壓力波動的關聯。此外，如果能討論到空化泡潰滅時産生的高溫高壓等極端條件，以及這些條件對周圍物質可能産生的影響，那將更加引人入勝，對理解材料改性、微納製造等應用場景有著重要的啓發意義。