利用偏振脉冲激光散射探测舰船尾流的理论研究

基于光学特性探测尾流的技术具有探测距离远、命中精度高、不受电磁和环境噪声干扰等优点。基于这一背景，本项目利用Nd:YAG倍频偏振脉冲激光探测舰船尾流技术的可行性进行了研究。将532nm脉冲激光作为传递信息的载体，着重于从理论上研究尾流气泡的偏振脉冲激光散射特性，具体包括偏振脉冲激光在尾流气泡内传输时的空间域散射特性、时间域散射特性以及散射脉冲的偏振特性三个部分。主要采用Mie散射理论和蒙特卡罗方法对多次散射进行模拟，讨论入射方向、探测角和偏振状态对偏振脉冲激光的散射特性的影响，据此确定适合探测舰船尾流的入射光条件和探测方向，为进一步进行偏振脉冲激光探测舰船尾流技术的实验研究提供理论支持。

基于光学特性探测尾流的技术具有探测距离远、命中精度高、不受电磁和环境噪声干扰等优点。本项目利用Monte Carlo方法对偏振脉冲激光在尾流和海水中的多次散射过程进行了理论研究。通过三年的研究工作，已完成项目计划内容。共发表论文3篇，Ei 收录 2 篇。本项目的主要研究成果和结论包括偏振光在散射介质内传输的Monte Carlo模型的建立、测量偏振脉冲激光散射的实验方案的设计、单个气泡和悬浮粒子对脉冲激光的散射特性分析、脉冲激光在海水内的传播特性分析以及偏振脉冲激光在尾流气泡内的传播特性分析等5个方面。单个气泡和悬浮粒子对脉冲激光散射的稳态特性分析表明脉冲激光对光学参量的累积效应起到了平滑作用，这有利于尾流探测。分析还表明在散射角102°时散射光的偏振度接近于1，可以选取散射角102°的位置探测气泡。瞬态特性分析表明气泡散射脉冲的次脉冲出现在主脉冲的上升沿处，而悬浮粒子的次脉冲出现在下降沿处。因此，可以通过记录散射脉冲的时间特征识别气泡和悬浮粒子。但仅具有理论意义。分析还表明散射脉冲强度随时间的变化严重地影响了信号传输的质量，从而影响对尾流的探测。脉冲激光在海水内的传播特性分析表明在探测海水回波信号时，视场角选择要适当；而且回波信号的时间延迟和脉冲展宽均在皮秒量级，实验测量需要很稳定的ps激光器和响应时间足够快的探测器。偏振脉冲激光在尾流气泡内的传播特性分析表明散射光的偏振度随传播时间按照指数规律衰减，并且圆偏振光入射时，偏振度衰减的要慢。这对改进偏振光成像方法具有指导意义。