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布里渊散射激光技术

时间：2011-12-31 22:42:16  来源： 打印本文

布里渊散射激光技术

2005/8/15/13:49    利用声、光相互作用所产生的光散射现象，通过对散射光谱的精确测量而确定海水中的声速、温度等参数，通过散射光谱的特定变化而探测潜艇、水雷等水下物体。 当一束激光射入水中时，会发生弹性散射和非弹性散射。弹性散射又称为瑞利散射，这类散射光没有频移。而非弹性散射与弹性散射不同，散射光有频移。即散射光的频率相对于入射光的频率发生移动。

　　非弹性散射又分为两类：喇曼散射与布里渊散射。喇曼散射与物质的分子结构有关，而布里渊散射实际上是由多普勒效应引起的。由于多种因素的影响，水中会产生声子，声子在水中以声速向各个方向运动。当光与声子作用发生散射时，由于声子运动的多普勒效应而使散射光的频率发生变化，会出现频率大于和小于入射光中心频率的两个散射光（即发生频移）。

　　其频率对称地分布在入射光中心频率的两侧。布里渊频移的大小与声速和光的散射角有关，它由下式给出 ，式中nB为布里渊频移，n为海水折射率，l为入射光波长，Vs水中的声速，q为散射角，即散射光方向与入射光方向的夹角，S为海水盐度，T为海水温度。 只要我们测出了布里渊频移，就可由上式求出水中的声速。声速的测量精度取决于布里渊频移的出来精度。目前，对水中布里渊散射（频移约7.5GHz）的探测，可以达到1MHz的测量精度。由此可得，这项技术在海洋监测中的理论测量精度为：声速测量精度小于0.1m/s，温度测量精度小于0.001℃，盐度测量精度小于0.1‰。 根据激光回波信号的时间分布，我们可以得到水下声速的剖面。测量的最大深度取决于激光器的功率和海水的浑浊度。

　　对于常规的脉冲激光器，在美国佛罗里达州附近大西洋海域中的测量深度达到100米。若用大功率脉冲激光器，可获得更大的测量深度。深度分辨率取决于激光器的脉冲宽度，对于10ns的脉冲宽度，可获得1米的深度分辨率。 当水下有潜艇、水雷时，由于这些物体的存在，将使布里渊散射光谱发生特定的变化。只要测得布里渊散射光谱发生的相应的变化，就表明在某一深度处有水下物体的存在。再结合激光扫描技术，还可获得水下物体的形状。 ②创新点： 实时的，高精度的。非接触式的新测量技术。可在飞机上实行监测，非常适用于大面积海洋的快速实时监测。省时、省力、节约资金、快速准确。