布里渊散射_标准盐度下水的受激布里渊散射阈值研究

　　摘 要：从基本的耦合波方程出发,推导出受激布里渊散射公式，同时得出了可探测到的受激布里渊散射条件，以及间接可探测受激布里渊散射的阈值方法。采用测量激光射入不同长度样品产生SBS回波信号及透过介质激光能量强度的改变，并通过特定公式得出35‰的海水标准盐度下不同长度样品对激光的衰减情况。最后在项目所处条件下，验证了35‰海水标准盐度下受激布里渊散射阈值的存在。对受激布里渊散射阈值的产生进行了分析，并在与纯水中SBS阈值的对比中，得出了相同条件标准盐度下水的阈值较纯水中大的结果。
　　关键词：受激布里渊散射；35‰盐度；阈值；激光
　　中图分类号：TN818 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0041-03
　　Study of stimulated Brillouin scattering threshold in water with standard salinity
　　ZHAO Wan-zhao1, LIU Wei2, ZHOU Liu-na1, ZHAO Wan-chun3
　　(1. Xingjian College of Sciences and Liberal Arts, Guangxi University, Nanning 530005, China;
　　2. Jiangxi Province Boiler and Pressure Vessel Inspection and Testing Institute, Nanchang 330000, China
　　3. Guangxi Traffic Technician College, Nanning 530000, China)
　　Abstract: Stimulated Brillouin scattering (SBS) formula is derived from basic coupled wave equation. The conditions of SBS detection and an indirect measuring technique for SBS threshold are obtained at the same time. SBS echo signals formed by the reflected portion of laser at different lengths of water sample are measured and the change of the laser energy intensity through the medium is analyzed. Attenuation coefficient of laser beam at different lengths of water sample of 35‰ salinity is got. Finally, the existence of SBS threshold under the condition of sea water of 35‰ salinity is tested and the producing conditions of SBS threshold is analyzed. Compared with SBS threshold in pure water, threshold in water of standard salinity is larger than that in pure water under the same condition.
　　Keywords: stimulated Brillouin scattering; salinity of 35 permille; threshold; laser
　　0 引 言
　　阈值是界定是否发生某一现象的依据，是区分不同本质、不同规律的分水岭。因此，阈值在研究跳变性实验现象时具有重要意义。水中的布里渊散射在军事、科学上的意义正是通过测量产生的受激布里渊散射信号，并分析其信号的线宽、stocks信号等来探测反隐身以及水中盐度、温度和水质情况的重要方法。受激布里渊信号的强弱直接影响着测量的精度和深度等问题，而对受激布里渊散射阈值的研究，可以使我们在对布里渊回波信号的研究上提供较为真确的尺度。特别是对水域繁多、水性复杂的海洋来说，其研究只能一步一步，对影响探测的因素进行逐一研究。因此，进行海水的受激布里渊散射阈值研究具有重要的实际意义。
　　本文结合以前的工作，尤其是在参考文献[1-3]的启发下，分析了样品池的长度、入射激光性质与SBS阈值的关系，并进行了实验和分析，就标准盐度下水的布里渊阈值特性进行了研究。
　　1 理论分析
　　1.1 受激布里渊散射的一般描述
　　在非线性光学中，介质感应声学运动的主要作用机理是电致伸缩效应，其相应时间约在纳秒级。由于伸缩效应的存在，入射介质的强光波场会与其相互作用、激发，从而产生散射光(stocks)；又由于声波能量远远小于入射激光能量，因此可以忽略声波的影响。当入射光较弱时，介质内自发声震动太过微弱，不会产生电致伸缩效应，不会增强入射光的散射。而当入射光足够强，足以使介质由电致伸缩效应产生的声波与对应的散射光增益大于各自的损耗时，就会对布里渊散射光进行放大，这就是受激布里渊散射效应。
　　在量子观上，受激布里渊散射是声子、光子相互作用的结果，同时又遵循能量和动量守恒。因此，可以作出推断，受激布里渊散射会有两种可能的作用过程：第一是在湮灭一个入射光子后，会产生一个入射光子，同时产生一个散射光子和感应声子(stocks)；第二是湮灭一个入射光子和一个声子，同时产生一个散射声子(anti-stocks)。因此，受激布里渊散射频移可以表示为：