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尾流气泡幕中光子传输时间 Monte Carlo仿真

闫林波 张建生

闫林波, 张建生. 尾流气泡幕中光子传输时间 Monte Carlo仿真[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(6): 864-870 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202212003
引用本文: 闫林波, 张建生. 尾流气泡幕中光子传输时间 Monte Carlo仿真[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(6): 864-870 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202212003
YAN Linbo, ZHANG Jiansheng. Monte Carlo Simulation of Photon Transmission Time in Wake Bubble Curtain[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(6): 864-870. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202212003
Citation: YAN Linbo, ZHANG Jiansheng. Monte Carlo Simulation of Photon Transmission Time in Wake Bubble Curtain[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(6): 864-870. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202212003

尾流气泡幕中光子传输时间 Monte Carlo仿真

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202212003
基金项目: 陕西省重点研发计划项目(2023-YBGY-016); 西安市未央区科技计划项目(201843)
详细信息
    作者简介:

    闫林波(1998-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水下信息光学

  • 中图分类号: TJ630.1; U674

Monte Carlo Simulation of Photon Transmission Time in Wake Bubble Curtain

  • 摘要: 目前关于尾流气泡幕的Monte Carlo仿真多用于光子散射方向, 很少有学者研究光子传输时间的分布。文中基于Henyey-Greestein体散射函数, 建立了一种水中脉冲激光的前向散射模型, 基于该模型采用Monte Carlo方法仿真光子在气泡幕中的传输过程, 得到光子在含有气泡幕的水体中的传输时间分布。并利用该模型分别对不同气泡幕厚度、气泡尺寸以及探测距离的光子传输时间进行仿真。仿真结果表明: 气泡幕的厚度越大, 光子在气泡幕中的传输时间越长, 脉冲激光后沿的后移程度越大, 表现为脉冲激光展宽变宽; 气泡尺寸越大, 气泡对光的散射程度越大, 脉冲激光后沿的后移程度越大; 随着激光光源与气泡幕的距离变大, 光子传输时间表现为整体向后平移, 其脉冲宽度及峰值强度变化不大。根据探测器探测到光子的起止时间和光子数的峰值变化可以反映出尾流的特性, 从而实现尾流的精确定位、识别与测量。

     

  • 图  1  Monte Carlo仿真模型示意图

    Figure  1.  Monte Carlo simulation model

    图  2  不同气泡幕厚度下光子传输时间分布

    Figure  2.  Distribution of photon transmission time under different bubble curtain thicknesses

    图  3  不同g值下光子数传输时间分布

    Figure  3.  Transmission time distribution of photon numbers under different g values

    图  4  不同探测距离光子数传输时间分布

    Figure  4.  Transmission time distribution of photon number under different detection distances

    图  5  不同气泡幕厚度光子数传输时间及峰值光子数变化曲线

    Figure  5.  Curves of photon number transmission time and peak photon number with different bubble curtain thicknesses

    图  6  不同气泡半径光子数传输时间及峰值光子数变化曲线

    Figure  6.  Curves of photon number transmission time and peak photon number with different bubble radii

    图  7  不同探测距离光子数传输时间及峰值光子数变化曲线

    Figure  7.  Curves of photon number transmission time and peak photon number with different detection distances

    图  8  不同气泡幕厚度和探测距离的光子传输时间对比

    Figure  8.  Comparison of photon transmission time with different bubble curtain thicknesses and detection distances

    图  9  不同气泡幕厚度和探测距离的峰值光子数对比

    Figure  9.  Comparison of peak photon number with different bubble curtain thicknesses and detection distances

    表  1  不同气泡幕厚度下探测器探测结果

    Table  1.   Detection results of detectors under different bubble curtain thicknesses

    厚度/cm起始时间/ns终止时间/ns峰值光子数
    51.8368.506 261 528
    102.0081.395 854 906
    503.3096.184 771 092
    1005.00115.624 258 901
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    表  2  不同g值下探测器探测结果

    Table  2.   Detection results of detectors under different g values

    a/μmg起始时间/ns终止时间/ns峰值光子数
    100.88951.8368.56 617 182
    200.88931.8371.05 961 586
    500.88771.8387.05 749 463
    1000.88211.83124.55 261 528
    下载: 导出CSV

    表  3  不同探测距离探测器探测结果

    Table  3.   Detection results of detectors under different detection distances

    距离/cm起始时间/ns终止时间/ns峰值光子数
    101.3368.55 293 371
    502.6771.85 261 528
    10016.8084.95 215 937
    50033.50101.85 186 349
    1000166.80238.95 170 264
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-18
  • 修回日期:  2023-02-05
  • 录用日期:  2023-03-14
  • 网络出版日期:  2023-06-19

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