自20世纪激光被发明以来，因其优良的定向性、相干性强、高强度能量密度的独特优点，被广泛应用于军事、通信、医疗以及工业等各个领域。在军事领域，强激光束携带大量能量，可以对武器装备造成巨大的破坏力。在通信领域，激光通信可以传输大容量的信息，并且其结构轻便、成本低廉、抗干扰能力强，逐渐取代传统的电磁波通信。在医疗领域，选取特定波长、光束直径和工作方式的激光，可以对人体组织进行诸如激光细胞融合、激光视网膜切除以及激光碎石等医学治疗。在工业领域，激光被广泛应用于诸多高新产业中，如：激光切割、激光焊接、激光雕刻等。除上述激光的诸多应用外，激光推进作为激光应用的新兴领域之一，在近些年越来越受到国内外研究人员的重视。激光推进技术在诸如航空航天、激光医疗、激光军事、激光安全防护等现代化高新技术中具有重要应用。在航空航天领域，激光推进技术可以作为航天飞行的新一代推进器，将卫星推进至指定轨道，完成卫星的编队、组网工作。同时，太空环境中存在许多报废卫星等太空垃圾，通过建立太空基站，激光推进技术可以将太空垃圾推进至远离地球的轨道，或推进至大气环境中并燃烧将其去除；在激光医疗领域，激光推进技术可以在血液中将药物快速推进至靶向区域，减小死亡率；在激光安全防护领域，例如在核反应堆中，微小的放射性污染粒子会对设备造成损伤以及对工作人员造成极大的安全隐患，激光推进技术基于其非接触的特点可以代替人工清理方式，对污染粒子进行定期的清理。激光等离子体推进技术因其极高加速梯度能力被誉为“打开太空旅行的钥匙”。 相比传统的化学燃料推进，通过超快脉冲激光诱导使释放高速电子的原子及原子团形成电中性离子化气状物质——等离子体羽流，已被证实能实现10倍于化学气流的推进速度。在脉冲激光能量的持续作用下，等离子体间粒子团碰撞加剧，会沿着激光入射方向发射类球形激波，也被称为激光诱导等离子体爆轰波。其特征是以携带高能波的超声速传播，并形成高加速梯度的爆轰波压力场。这种激光诱导等离子体爆轰波的技术已在如新材料制造、表面加工和细胞微创等领域开拓出一系列新方向，成为兼具国防工业与民生科学的多学科交叉的最前沿研究课题之一。在海洋环境中，潜艇船舰依靠等离子体技术推进并发射雷达信号波，达到对监视的无源干扰，实现“隐身”的潜行效果；对于脉冲发动机，激光诱导等离子体推进技术具有点火能力大、脉冲时间短、发射频率高、能量转换率高等特点，从而可以极大地节省形成爆轰波的时间和距离，提升在能源不足等不利条件下的点火成功率。同时，能减少有害燃烧物的排放并提高安全性能；在装备研发领域，激光诱导等离子体爆轰波可在水下形成气泡空化现象，大幅度提升鱼雷或导弹等水下发射物的射程，在船舶建造领域，等离子体加速器可以解决传统船舶动力方式存在的机体噪声以及大角度转向困境等缺陷，实现快速推进、构造简洁及提升载荷量等优点。近年来，等离子体爆轰波水下推进由其应用前景多样性引起研究者的广泛关注。然而，在目前的国内外研究进展中，利用激光诱导等离子体爆轰波水下推进的诸多设想并未与实际需求对接，并未充分发挥其应用价值。其根本在于，爆轰波作为新型的水下推进动力的理论机制还不健全，水深、粘度、阻力等诸多因素未被充分考虑；其次，课题组对水下爆轰波的研究发现，空间激光诱导等离子体爆轰波在推进过程中的定向性能不稳定，为水下推进应用带来了诸多困难。不仅如此，因受限于现有高能激光器的研发瓶颈，造就了激光等离子体实验科学研究与实践工业生产之间的鸿沟。因此，本研究提出开展以光纤激光诱导等离子体爆轰波为核心方法的水下推进动力学研究，对于掌握等离子体爆轰波水下动力机理，提高其推进定向性，以及扩展水下激光推进实际应用场景具有一定意义。 本研究提出了一种基于光纤传输短脉冲激光诱导爆轰波水下定向推进方案。区别于传统空间光路水下聚焦激光的推进方式，得益于光纤结构的灵活性和易操作性，该系统能够有效整合水环境的干扰因素，实现对爆轰波及气泡空化的精确控制，达到稳定向、抗干扰、低损耗的推进效果。