基於飛秒雷射都卜勒效應的流速感測新方法

《基於飛秒雷射都卜勒效應的流速感測新方法》是依託天津大學，由薛彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於飛秒雷射都卜勒效應的流速感測新方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：薛彬
• 依託單位：天津大學

項目摘要

海洋觀測是進行海洋科學研究的基礎，海流因影響全球物質、能量、熱量的輸運成為最重要的觀測要素。因海流本身的低流速特徵，現有感測方法很難在測量精度方面有所提高。本課題嘗試將飛秒雷射引入流速測量，利用飛秒雷射重頻可鎖定到微波頻標的高穩定度性質，使兼具高精度和寬量程的流速感測成為可能。本課題感測方法的研究充分考慮發揮飛秒雷射光源優勢，擺脫傳統光頻外差和光頻直接探測方法框架，將採用飛秒雷射光片直射流場以獲取高質量散射光信號，接收端從多散射方向接收光信號進行微波頻域（重頻）鑒頻處理的直接探測方式。在此探測方式基礎上，考慮流速方向及分布測量需求，借鑑地球風場探測氣象雷達掃描測量思想，研究多接收體協同快速掃描測量裝置，實現基於飛秒雷射重頻都卜勒頻移原理的流速感測新方法。圍繞此目標，從理論上研究飛秒雷射重頻的都卜勒頻移原理，從技術方法上解決多接收體掃描測量機構時空協同控制方法問題，搭建平台驗證新方法。

結題摘要

研究了基於飛秒雷射重複頻率都卜勒效應的流速測量方法，主要成果包括：理論分析推導了飛秒雷射重複頻率都卜勒效應公式，仿真和實驗驗證了理論分析的正確性；進一步依據測距原理通過相位測速法在測量方法層面進行算法研究和實驗驗證，實驗結果突顯了飛秒雷射測速的精度優勢；通過連續光法、相位測速法、光纖法、麥可遜干涉法、雙光梳法等方法的探索性驗證，雙光梳法在數據獲取速度、精度保證等方面優勢明顯；自行搭建了雙光梳集成光源，並進行了測速實驗，與精密移動導軌和標準流量計比較，結果吻合。擴展性開展水下聲速測量研究，提出光梳干涉和聲光效應相融合的水下聲速測量方案，並進行了實驗驗證，結果與商用聲速儀對比，有明顯精度優勢。在流速等關鍵海洋參數的計量方法上，積累了重要工作基礎。