【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光水下致声设备领域，包括激光水下致声设备应用于水下探测及通讯。
技术介绍
1、长期以来，水下的探测及通讯一直是个巨大的挑战。声呐长期以来是水下探测/通信的主要手段。最近二十年来，随着水下组网通信及对隐声目标探测的紧迫需求，一些“非声”水下探测技术开始受到重视。自上世纪70年代以来，蓝绿激光水下探测技术得以发展。经几十年努力，现已有一些水下激光探测系统投入使用，但即使在水质良好的水域，激光水下直接探测距离也不过百米。为解决这一难题，近年来国外又提出一种将激光与声探测相结合的激光水下致声技术，并先后开展了0.532微米、1.06微米和10.6微米激光的水下致声效应研究，但对0.532微米、1.06微米激光，水介质对其的吸收系数不够高，致声效率不高。10.6微米激光源本身则不适合水下环境应用。采用0.532微米、1.06微米激光进行水下致声，需在专门的激光-声换能器配合下方能有效的产生声波信号，且其声波能量多位于几十千赫兹至兆赫兹的高频声波范围，系统整体比较复杂，故至今未见实际应用的报道。
2、鉴于水在光波2微米处的强吸收峰，2微米激光在某些医疗领域得到了广泛的应用，如泌尿系结石的2微米激光脉冲粉碎，其优点是不易导致激光脉冲能量对周围的人体软组织产生破坏。因此，对于2微米激光在医疗方面的应用及相关设备有较多的研究及报导，也有关于2微米激光脉冲在水介质中能直接产生声波的研究报导。但申请人至今并未发现有任何将2微米激光脉冲应用于水下致声进行探测及通讯的报导。水介质在3微米处有一个更为强烈的吸收峰，但也未见用将3
3、总之，水下的探测及通讯应用强烈的需要一种比现有的声纳或激光技术更为方便有效的手段、装置，它在功效上应比现有技术设备优异，或可作为对现有“非声”的技术或设备的补充。
技术实现思路
1、本专利技术是一种采用激光脉冲直接在水下致声，利用激光脉冲产生的声波脉冲进行水下探测及通讯的技术装置。
2、该装置包括一个或多个水下声管阵列,每个声管阵列包括一个或多个声管,声管的结构形状为张开角度0至50度的锥管,在锥管底部及输出口部具有部分球面或抛物线形面。声管的材料为适用于水下长期应用的不锈钢。声管内壁具有高的光洁度,对声波具有高的反射能力。装置还包括激光波长为0.5微米至3.0微米的一个或多个致声激光源，其输出激光脉冲经声管上的光纤输入端口或光学透镜，耦合至声管中的激光聚焦致声位置,在水中产生声信号脉冲。光纤输入端口或光学透镜具有安装及调整结构，通过对安装及调整结构的调整，可以控制调节激光脉冲的聚焦致声位置。声管壁上还具有一个或多个液体喷射口。液体喷射口经管道连接至喷射泵及溶液、液体的储存容器，由喷射泵的开关控制溶液、液体的喷射。可以通过液体喷射口向声管中的激光聚焦致声位置喷射入有色液体或混有深色粉末的液体，因为有色液体或混有深色粉末的液体对激光脉冲具有更高的吸收效率，可进一步提高激光脉冲水下致声的效率及改变声信号的能量分布频谱特性。单个激光脉冲束或多个激光脉冲束聚焦到预定的致声位置。在液体介质中，如水，海水，或喷射入有色液体或混有深色粉末的液体的水中，由于液体介质对激光脉冲能量的强烈吸收，导致液体介质局部的强烈汽化爆裂，或高强度的激光能量密度导致直接的介质击穿，产生强烈的声波脉冲。声信号脉冲经声管收集会聚，然后由声管输出口向预定方向发射输出,形成一定的声信号分布场。
3、声管输出口带有特定形状的声盖板,它由带多个小孔的薄金属板制成，其厚度小于1毫米,面向声管内部的表面具有对声波的高反射率。声盖板的作用是将通过液体喷射口向声管中的激光聚焦致声位置喷射入的有色液体或混有深色粉末的液体保持约束在声管中，同时它又不影响声信号脉冲向预定方向的发射输出。小孔的直径为1至5毫米，在声盖板上为均匀的环状分布，小孔圆心间的距离大于5.5毫米。
4、该装置还可根据应用需要，具有配套的声波接收单元。声波接收单元也可以是另外的独立装置。
5、由激光器电源控制激光器使其产生的激光脉冲具有特定的脉冲形状脉冲，即控制激光脉冲的幅度随时间的变化。该装置可以采用各种现有的高性能、不同波长的激光器，从0.5微米至3.0微米，及各种不同脉冲重复频率的激光器作为致声激光源。特别是2至3微米的激光器波长，由于水本身对该波长范围的激光能量的吸收足够强烈，致声效率高。激光脉冲的重复频率为单次至500khz；激光脉冲的特定形状包括钟形、矩形、前陡后缓形、前缓后陡形、顶部凹陷和顶部凸起形,脉冲形状的幅度随时间变化等参数可调。通过调节激光束的聚焦位置,可以调节致声位置。
6、一定形状的激光脉冲可由一个激光器产生,或由一个以上的激光器脉冲经不同发射时间延迟组合产生,多个激光器可以是同一激光波长,也可为不同激光波长。激光脉冲的不同发射时间延迟组合由激光器电源控制。
7、对于用多个声管组成特定声管阵列的情况，根据声管阵列的安装排列，包括声管之间的相互距离及角度，并通过激光器电源改变控制各个激光脉冲之间的延迟时间，即声管发出的声脉冲之间的延迟时间，可以控制改变声波能量场的分布，实现一定程度的声波“扫描“，便于探测或通讯目标的寻找或锁定。
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1.激光水下致声装置,其特征是：它包括至少一个水下声管阵列,每个声管阵列包括至少一个声管,声管形状为张开角度0至50度的锥管,在锥管底部及输出口部具有部分球面或抛物线形面,声管的材料为适用于水下使用的不锈钢,声管内壁具有高的光洁度,对声波具有高的反射能力；声管输出口带有声盖板,它由带多孔的薄金属板制成，其厚度小于1毫米,面向声管内部的表面具有对声波的高反射率，声盖板上小孔的直径为1至5毫米，在声盖板上为均匀的环状分布，孔圆心相互的距离为大于5.5毫米；还包括激光波长为0.5微米至3.0微米的至少一个致声激光源，其输出激光脉冲经声管上的光纤输入端口或光学透镜，耦合至声管中的聚焦致声位置,在水中产生声信号脉冲，光纤输入端口或光学透镜具有安装及调整结构，调整激光脉冲的聚焦致声位置；声管壁上还具有至少一个液体喷射口；声信号脉冲经声管会聚然后由声管输出口向预定方向发射输出,形成一个声信号分布场；该装置还可具有配套的声波接收单元。
2.根据权利要求1所述的激光水下致声装置,其特征是：包括激光波长为0.5微米至3.0微米的至少一个致声激光源，特别是2微米、3微米激光波长的致声激光源
3.根据权利要求1所述的激光水下致声装置,其特征是：其管壁上的液体喷射口用于向声管中的聚焦致声位置喷射对激光吸收率较高的溶液、液体；液体喷射口经管道连接至喷射泵及溶液、液体的储存容器，由喷射泵的开关控制溶液、液体的喷射。
4.根据权利要求1所述的激光水下致声装置,其特征是：当采用多于一束激光脉冲耦合至水下声管阵列的一个声管内时,每束激光束均对准预定的聚焦致声位置,通过对光纤输入端口或光学透镜的安装及调整结构，激光束的聚焦对准位置可调控。
5.根据权利要求1所述的激光水下致声装置,其特征是：当其水下声管阵列包括2个及以上的声管时,声管阵列的排列可以由声管阵列机械机构调整，激光脉冲到达各个声管的相互延迟时间关系通过激光器电源控制，该延迟时间在0至10毫秒间可调；根据管阵列的排列以及控制激光脉冲到达各个声管的相互延迟时间关系，可以对合成声信号场的分布进行扫描控制。
...【技术特征摘要】
1.激光水下致声装置,其特征是：它包括至少一个水下声管阵列,每个声管阵列包括至少一个声管,声管形状为张开角度0至50度的锥管,在锥管底部及输出口部具有部分球面或抛物线形面,声管的材料为适用于水下使用的不锈钢,声管内壁具有高的光洁度,对声波具有高的反射能力；声管输出口带有声盖板,它由带多孔的薄金属板制成，其厚度小于1毫米,面向声管内部的表面具有对声波的高反射率，声盖板上小孔的直径为1至5毫米，在声盖板上为均匀的环状分布，孔圆心相互的距离为大于5.5毫米；还包括激光波长为0.5微米至3.0微米的至少一个致声激光源，其输出激光脉冲经声管上的光纤输入端口或光学透镜，耦合至声管中的聚焦致声位置,在水中产生声信号脉冲，光纤输入端口或光学透镜具有安装及调整结构，调整激光脉冲的聚焦致声位置；声管壁上还具有至少一个液体喷射口；声信号脉冲经声管会聚然后由声管输出口向预定方向发射输出,形成一个声信号分布场；该装置还可具有配套的声波接收单元。
2.根据权利要求1所述的激光水下致声装置,其特征是：包括激光波长为0.5微米至3.0微米的至少一个致声激光源，特别是2微米、3微米激光波长的致声激光源；激光脉冲的重复频率为单次至500khz；激光脉冲的形状...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘京郊，孙云龙，杜大勇，何耀杰，侯晓帆，
申请(专利权)人：北京华夏光谷光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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