采用脉冲激光聚焦于透明液体中产生单个激光空泡, 利用高速相机拍摄空泡在透明液体中整个运动过程, 并对刚性壁面造成的空蚀现象进行了观测。实验研究发现,空泡溃灭将产生高速冲击波和高速射流, 这是造成刚性壁面损伤的两种主要原因。空泡与刚性壁面的无量纲距离在0.4~1.4之间时, 刚性壁面首先受到高速冲击波的破坏, 由于空泡的趋壁效应, 空泡在第二次收缩过程中将在壁面附近对实验靶材产生高速微射流的空蚀破坏。且这两种作用机制在无量纲距离为1.0时, 高速微射流对壁面的空蚀效果更加明显。

采用甚高速照相技术与建立激光空泡在刚性半球壁面内的运动模型相结合的方法, 确定了激光空泡在刚性半球面壁内的运动特性与无量纲距离的关系, 提出了最佳无量纲距离概念。结果表明：半球反射面的半径与激光空泡最大半径之比小于1.1时, 激光空泡在第1次膨胀时就会产生严重的变形并弹出半球面, 并产生空化泡和空蚀, 它们均会严重影响激光声的传播。该比值在1.1～3.3时, 激光空泡将在第3次收缩之前接触半球面, 容易对壁面造成空蚀。在该比值大于3.3的情况下, 激光空泡在第3次收缩之前不会接触半球面, 对激光声的传播和反射特性影响较小。如果考虑把空泡第1次溃灭时产生的激光声的声学中心控制在击穿点时, 需要把该比值控制在5以上。

分析研究了复杂海洋环境下点目标的红外辐射特征,从红外警戒探测系统应用的角度出发,给出了海洋环境下迎面攻击目标的红外辐射特征模型的建立、计算与分析方法。利用大气透过率计算软件计算并分析了特定条件下三个海域的目标红外辐射的大气透过率。给出了迎头攻击目标红外辐射特征的简化计算模型,并分析了特定区域下目标的红外辐射特征。

为分析空泡在壁面附近溃灭导致的冲击波和射流特性,提出将激光空化、高速摄影技术应用于激光空泡的空蚀研究。建立了壁面附近激光空泡的产生、微调控制及高速摄影测量实验平台。采用高速摄影技术对不同液体、不同γ参量条件下空泡脉动的外形特征、溃灭冲击波和溃灭射流等参量进行了测量。结果表明,壁面的存在弱化了空泡溃灭时的收缩程度,空泡溃灭时的冲击波和射流对壁面的破坏作用存在着此消彼长,相互竞争的关系;空泡在壁面附近脉动时,回弹泡的溃灭对壁面也可产生较强的破坏作用;液体的粘性增大有助于空泡表面维持稳定,减缓空泡溃灭时泡壁的运动速度。

为了分析激光击穿液体介质过程中的等离子腔体、空泡脉动、近/远场声波特性等综合效应,将高速摄影技术应用于水下激光击穿研究.观察到了激光击穿形成的等离子体闪光、空泡脉动及溃灭过程,通过对所得照片的分析,得到了激光空泡生长的规律,实验结果与已有的水下空泡理论计算及采用光散射、压力传感器测量结果吻合较好,证明了高速摄影技术在水下激光击穿产生空泡特性研究中的重要作用.

激光与水介质相互作用时,在不同激光聚焦位置情况下,光击穿辐射声信号具有较大的差异性。为研究激光聚焦位置对辐射声波的影响,构建了激光声测量系统,实验研究了激光聚焦位置对光击穿辐射声信号的影响。结果表明,激光声信号脉冲宽度主要与激光脉冲宽度相关,与激光聚焦位置无关;激光聚焦位置影响声信号的时域波形及信号强度;应避免激光在空气中聚焦击穿。该研究结果有助于激光声研究的深入开展。

建立了激光致声的产生和测量系统,对蒸馏水、酒精和甘油中的激光致声进行测量分析,分别计算了这3种透明液体在体积模量(0.2~7.0 GPa)、动力粘性系数(0.001~30.000 Pa·s)和所吸收激光脉冲能量(10~400 mJ)变化时对应的激光致声的相关数值。实验和数值计算结果表明:激光致声的主频、峰值声压和声能随着透明液体体积模量的增加而增加;激光致声的峰值声压和声能随着动力粘性系数的增加而减小,随着击穿区所吸收的激光脉冲能量的增加而增加;动力粘性系数和击穿区所吸收的激光脉冲能量对主频的影响不明显。

激光声作为水下声源的一种新的激发方法，具有高声强、窄脉冲、宽频谱等优点。基于激光声激发的线性及非线性理论，建立了激光声信号特性的初步模型，研究了激光在水中激发声波的特性，研究表明：在热膨胀激发状态，增大激光光强可以提高激光声的转换效率；光强大于击穿阈值后，激光声的激发机制为非线性的光击穿机制。激光声具有的高距离分辨能力和海洋抗干扰能力，对水下目标探测、空载平台等领域有着较广的应用前景。

针对激光击穿水介质过程中的微观及宏观特性研究,利用调QNd:YAG激光聚焦击穿水介质形成激光声源,采用高速摄像机、高频测量水听器对激光击穿水介质过程中的等离子腔体闪光、空泡脉动、近/远场声波特性等综合效应进行了实验测量。实验表明:激光空泡的特征与水动力空化空泡相似;激光声信号强度在光击穿条件下与入射激光能量具有一定的线性关系;声脉冲高频段占声能的主要部分。研究结果可为水下激光加工、激光医学、激光声的研究提供一定的理论和实验支持。