張印印畢業(yè)論文

1、分類號：O439 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：增大激光激發(fā)超聲波強(qiáng)度的方法作 者 單 位 物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 作 者 姓 名張印印專 業(yè) 班 級物理學(xué)四班 指導(dǎo)教師（職稱）莫潤陽（副教授） 論文（設(shè)計(jì)）完成時間2013年5月 增大激光激發(fā)超聲波強(qiáng)度的方法研究張印?。兾鲙煼洞髮W(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，西安，710062）摘要：簡單介紹了激光超聲產(chǎn)生的主要機(jī)理，這項(xiàng)技術(shù)在激光致聲轉(zhuǎn)換始終效率過低，文中分別從增大激光能量和提高材料對光的吸收倆個方面提出增大產(chǎn)生超聲各種方法。其中激光器的腔內(nèi)鎖模技術(shù)、激光放大技術(shù)、點(diǎn)光源變?yōu)榫€光源到激光陣列、激光的定向位排布還有激光束的相干合成技術(shù)是從增大激光能量的

2、出發(fā)的，表面修飾技術(shù)是從提高材料對光的吸收出發(fā)的。關(guān)鍵字：激光超聲；聲表面波；激光線源；線源列陣1引言激光超聲學(xué)是利用激光來激發(fā)和檢測超聲、并開展超聲傳播和媒質(zhì)特性等研究的新興交叉學(xué)科1。與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比,激光超聲技術(shù)不需要使用耦合劑，容易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙控控制,還可以應(yīng)用于如高溫高壓高濕、有強(qiáng)腐蝕性、有輻射等環(huán)境中,并且能實(shí)現(xiàn)工件的實(shí)時在線檢測,具有快速、非接觸、不受被檢對象結(jié)構(gòu)形狀影響等優(yōu)點(diǎn)，因此，它更有利于材料的無損評估和其他學(xué)科的應(yīng)用，如材料表征，缺陷檢測，加工過程檢測，以及復(fù)雜形貌的工件或高溫高壓等惡劣環(huán)境下設(shè)備的檢測等。在20世紀(jì)90年代形成的這一激光超聲學(xué)，近年來已發(fā)展成

3、超聲學(xué)中的重要分支之一，并在激光超聲信號的激發(fā)與接收、傳播以及應(yīng)用等方面都取得很大的進(jìn)展2。可是目前激光超聲學(xué)的應(yīng)用普遍有一個問題，光聲轉(zhuǎn)換效率并不高，光聲轉(zhuǎn)換效率是激光激發(fā)超聲技術(shù)研究中重點(diǎn)關(guān)注的核心問題，光致聲波的低強(qiáng)度限制了這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用3，本文就如何增大激光激發(fā)超聲波強(qiáng)度進(jìn)行了分析和總結(jié)。 2固體中激光超聲產(chǎn)生的機(jī)理 激光技術(shù)出現(xiàn)于19世紀(jì)60年代,它具有高亮度、單色性強(qiáng)和相干性好等優(yōu)點(diǎn),在很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用,與其他學(xué)科的互相滲透也越來越廣,帶動其它學(xué)科出現(xiàn)新的活力,激光超聲技術(shù)就是在這種條件下產(chǎn)生的一項(xiàng)新技術(shù)4。激光激發(fā)超聲激發(fā)機(jī)制主要有三種:熱膨脹機(jī)制、汽化機(jī)制和介電擊穿機(jī)制,

4、其中熱膨脹機(jī)制產(chǎn)生的聲波具有較好的可重復(fù)性和控制性,因此是最普遍采用的一種機(jī)制。在固體中激光激發(fā)超聲波的主要機(jī)理是熱彈性機(jī)制，試樣內(nèi)超聲波脈沖主要是由于試樣吸收光能發(fā)生熱彈性膨脹而產(chǎn)生的。當(dāng)試件表面的激光能量不足以使表面熔化，照射到不透明試樣表面的脈沖激光，其能量大部分被淺表層吸收，一部分被反射。吸收光能的淺表層部分，溫度升高，這部分介質(zhì)發(fā)生膨脹，膨脹后介質(zhì)發(fā)生形變。這種熱膨脹形變大小與入射到介質(zhì)上的光能量成正比，相當(dāng)于材料的體積增加了。由于入射光波是脈沖的，淺表部分的形變也是周期性的，周期形變在周圍介質(zhì)中激發(fā)了超聲波5。3增大激光激發(fā)超聲波強(qiáng)度的方法為了要產(chǎn)生更大的超聲波，可以從激光源和途徑

5、上著手，其中的一個是增大激光源的能量，也是增大超聲波強(qiáng)度的最直接的辦法，或者是想辦法讓在同等激光能量的條件下，產(chǎn)生的超聲能量變的更大一些，這是在途徑上著手，其中表面修飾技術(shù)就是途徑上著手的一種方法。3.1激光器的選擇不同的激光器都有不同的特性，不同機(jī)理的激光器它所能產(chǎn)生的激光功率也是不同的，所以要想提高激光器的能量對于激光器的選擇尤其重要。現(xiàn)在用于激光激發(fā)超聲波的激光器有：Nd:YAG 激光器、二氧化碳激光器、氮激光器和染料激光器等。由于 Nd:YAG 激光器功率比較大，所以使用最多。另外，雖然連續(xù)激光器的平均功率可以比脈沖激光器大，但是其瞬時功率比脈沖激光器小得多，且調(diào)制光束時連續(xù)激光器的功

6、率損失比較大，因而現(xiàn)在使用脈沖激光器比較多。目前最常用的激光超聲激發(fā)技術(shù)是用脈寬約 10ns 的 Nd:YAG 脈沖激光束。隨著技術(shù)的發(fā)展激光器也相應(yīng)的得到了發(fā)展，激光脈沖寬度進(jìn)一步壓縮（壓縮至 ps 級，或 fs 級），在熱彈激發(fā)和燒蝕激發(fā)機(jī)理的基礎(chǔ)上，也逐漸形成了一些新的激發(fā)超聲波的方法。想要得到自己滿意的超聲波，需要選擇比較一個比較合適的激光器。3.2激光器的腔內(nèi)鎖模技術(shù)為了增大激光激發(fā)超聲波強(qiáng)度，提高激光源的輸出激光能量，有一種新的脈沖壓縮技術(shù)，激光器鎖模技術(shù)就能夠獲得極高的峰值功率（-W），其峰值功率之所以大，是由于把能量壓縮在極短的時間內(nèi)釋放出來的緣故。由此知激光器的鎖模技術(shù)也可提

7、高激光能量，進(jìn)一步增大激光激發(fā)超聲波強(qiáng)度。自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光器的輸出一般包含若干個超過閾值的縱模，這些模的振幅及相位都不固定，激光輸出隨時間的變化是它們無規(guī)則疊加的結(jié)果，是一種時間平均的統(tǒng)計(jì)值。鎖模技術(shù)讓諧振腔中可能存在的縱模同步振蕩，讓各模的頻率間隔保持相等并使各模的初位相保持為常數(shù)，激光器輸出在時間上有規(guī)則的等間隔的短脈沖序列。假設(shè)模振幅相等=, 光強(qiáng)相等，則激光器輸出的總光波場是2N1個縱模相干的結(jié)果.則輸出光強(qiáng)：（1）光強(qiáng)隨時間而變化。輸出脈沖的峰值(最大光強(qiáng))：（2）由此可見,鎖模后脈沖峰值功率比未鎖模時提高了(2N+1)倍?？梢酝ㄟ^激光器的腔內(nèi)鎖模技術(shù)來提高輸出激光能量，以增大激光激發(fā)超

8、聲波的強(qiáng)度。3.3激光放大技術(shù)激光放大器和激光(振蕩)器都是同一物理過程（受激輻射的光放大），但激光放大器（行波）沒有諧振腔。工作物質(zhì)在共泵浦作用下，處于粒子束反轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)從激光（振蕩）器產(chǎn)生的光脈沖信號通過他時，由于入射光頻率與放大介質(zhì)的增益譜線相重合，故激發(fā)態(tài)上的離子在外來光信號的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的受激輻射。這種輻射疊加到外來光信號上而得到放大，因而放大器能輸出一束比原來激光亮度高的多的出射光束6。激光放大器要求工作物質(zhì)具有足夠的反轉(zhuǎn)粒子束，以保證光脈沖信號通過它時得到的增益大于介質(zhì)內(nèi)部各種損耗。另外，為了得到共振放大，要求放大介質(zhì)有與輸入信號相匹配的能級結(jié)構(gòu)。采用行波放大技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：其

9、一，由于激光束一次通過放大介質(zhì)，因此介質(zhì)的破壞閥值可以大大提高，即在相同的輸出功率密度下，放大器的工作介質(zhì)不易被破壞；其二，當(dāng)需要大能量激光時，可以根據(jù)需要采用多級行波放大，放大器逐級擴(kuò)大激光束的孔徑，而每級的工作物質(zhì)長度可以縮短，這樣有利于防止超輻射和自聚焦的破壞；其三，振蕩器-放大器系統(tǒng)，可由振蕩器決定其脈沖寬度、譜線寬度和光束發(fā)散角等，而由放大器決定其脈沖的能量和功率，所以二者結(jié)合起來，既可以得到優(yōu)良的特性，又能夠大大提高其輸出激光的亮度。圖1. 激光放大器工作示意圖圖1為激光器與放大器串接工作的示意圖。當(dāng)?shù)谝患壿敵龅募す膺M(jìn)入放大器時，放大器的激活介質(zhì)恰好被激勵而處于最大粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，

10、既產(chǎn)生共振躍遷而得到放大。為了獲得性能優(yōu)良的高能量激光，應(yīng)用激光放大技術(shù)是一種最佳方法，通過此方法也可以實(shí)現(xiàn)提高激光激發(fā)超聲的波的強(qiáng)度。3.4將點(diǎn)光源變?yōu)榫€光源1980 年，K.Aki 和 Richard7對超聲波熱膨脹體積源進(jìn)行研究，得到熱彈位移表達(dá)式：u n( x,t)= (,t)* (x,t)/jdV()Dv() （3）圖2.有限長線光源的坐標(biāo)系如圖2，設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)（x，y，z），（x，y）為工件表面平面，z 為指向工件表面的方向。假設(shè) y 方向長度為 2d，寬度很窄的激光線光源聚焦于工件表面（x-y平面），線光源的中點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)。根據(jù)疊加原理，對于此光源，x 軸上垂直表面的位移u03

11、(x,t)可寫作線積分式 u03(x,t)= 0dw(y) u03(l,t)dy（4）最終x 軸上垂直表面的位移u03(x,t)= exp(-/) H ()（5）從式（5）中，我們可以看出:由高斯分布的脈沖激光形成的有限長細(xì)線光源產(chǎn)生的近場區(qū)表面波具有單極性、振幅不隨距離而改變的特性，其幅值大小主要與線光源中心的能量分布密度有關(guān)，而且表面波的波形與脈沖激光的時域波形相映射。由點(diǎn)光源變成線光源可以明顯改善所產(chǎn)生的表面波的質(zhì)量：因?yàn)槭蔷€光源，所以在保持相同的功率密度的前提下，可以將比點(diǎn)光源更多的激光能量投射至物體表面，以產(chǎn)生更強(qiáng)的表面波，又不會破壞物體表面。 (a). 線光源產(chǎn)生的表面波信號波形

12、(b). 點(diǎn)光源產(chǎn)生的表面波信號波形圖3. 激光光源產(chǎn)生的超聲信號波形圖 3(a)，(b)所示為在相同能量的前提下，利用線光源和點(diǎn)光源產(chǎn)生的超聲信號?？梢钥闯觯壕€光源產(chǎn)生的信號要比點(diǎn)光源產(chǎn)生的信號幅度強(qiáng)的多（大約 5-10倍）。同時由于線光源將能量分布在線長的范圍內(nèi)，這樣既降低了能量密度，而且不會燒蝕表面8。因此將點(diǎn)光源變?yōu)榫€光源可以提高激光激發(fā)超聲的超聲脈沖。3.5激光源的陣列激發(fā)超聲Mckie等9提出了應(yīng)用激光陣列作為激發(fā)源的方法,可以增大檢測點(diǎn)處的位移信號幅值。 激光陣列源是由多個相同的脈沖線源按一定方式排列后作用于材料表面上的,對于陣列中的每個線源均符合Royer等人提出的有限長、有限

13、寬激光線源。激光激發(fā)超聲表面波的理論模型，激光陣列源可以在熱彈性機(jī)制下激發(fā)出有足夠功率的窄頻帶且方向性可調(diào)的窄帶聲脈沖,它不但可以通過增大激發(fā)出聲波信號的幅值達(dá)到改善系統(tǒng)的信噪比的目的,設(shè)置合理的時間延遲(Timedelays)還可以控制波束能量的傳播方向,從而應(yīng)用超聲波束對整個區(qū)域進(jìn)行扇形掃描(Sectorialscanning)。圖4.激光陣列激發(fā)超聲波束在檢測點(diǎn)處發(fā)生干涉疊加原理圖圖5.激光列陣激發(fā)的超聲波發(fā)生干涉疊加等效計(jì)算模型如圖4所示,通過對激光陣列中各線源的激發(fā)時間進(jìn)行設(shè)置,可使得陣列中各線源激發(fā)出的超聲波在檢測點(diǎn)處發(fā)生干涉疊加,于是檢測點(diǎn)處聲波的位移幅值將明顯增大,激光陣列源激

14、發(fā)出的超聲波發(fā)生干涉疊加的等效計(jì)算模型如圖5所示,d為陣列元的間距,P為接收點(diǎn),是波陣面?zhèn)鞑シ较蚺c激光入射方向的夾角，當(dāng)陣列源中各線源同時激發(fā)時,到達(dá)P點(diǎn)的聲信號是由各元激發(fā)出的聲波(最右邊陣列元激發(fā)出的聲波最先到達(dá),直至最左邊的線源激發(fā)的聲波最后到達(dá))的組合，如果對陣列源設(shè)置時間延遲，當(dāng)來自前一個激發(fā)源的聲波到達(dá)時，來自后一個相鄰激發(fā)源的聲波緊隨到達(dá)，波束將會在空間中發(fā)生干涉疊加，設(shè)其等效波陣面沿方向,這時就得到了窄帶的聲調(diào)頻脈沖。激光陣列是采用增大檢測位置處的值，等間距排列的激光脈沖投射到樣品表面上時,經(jīng)過時間調(diào)制后的脈沖同時到達(dá)檢測點(diǎn)處，對于N個激發(fā)源在檢測點(diǎn)處所激發(fā)出的位移相疊加后為:

15、total=DN()A(t,+)IN（6）其中,R為光束傳播時而引起幾何損失的球形傳播系數(shù),m是與Rayleigh波在二維空間和橫波與縱波在三維空間中幾何傳播相同的一個值。D是與激發(fā)源和聲波類型(橫波、縱波和Rayleigh波)相關(guān)的方向性函數(shù),為陣列中單元激發(fā)的超聲波方向角,A是陣列因子(是關(guān)于相鄰脈沖的時間間隔、源到探測點(diǎn)距離r和聲波速c的函數(shù)),I是激光脈沖源特征激發(fā)函數(shù)10。由于激光陣列中的各激發(fā)元都是相同的線源,相互間距均相等,設(shè)定適當(dāng)時間延遲,使得各元激發(fā)出的超聲波同時到達(dá)檢測點(diǎn),則有：totalND(A(t)INsingle（7）對于在固體表面?zhèn)鞑サ腞ayleigh波,為了得到干

16、涉疊加后的巨表面波11,源先后的激發(fā)時間間隔,即時間延遲設(shè)為:=（8）其中，cR為材料中Rayleigh波傳播的速度。激光器陣列產(chǎn)生的表面位移為所有線光源的疊加總和，則知道激光器陣列可以提高激光在固體表面的位移，要比點(diǎn)光源與線光源有更好的效果。由文獻(xiàn)9知道,隨著陣列元線半寬a值的減小,激光陣列源激發(fā)出聲表面波的位移信號幅值增大,脈寬減小,頻寬變大.隨著激光陣列中相鄰陣列元間距的增大,幅值發(fā)生疊加的聲表面波在到達(dá)檢測點(diǎn)的時間出現(xiàn)不同的延遲,而接收到聲表面波信號的位移幅值出現(xiàn)了減弱.隨著激光陣列源中的陣列元數(shù)目的增多,其所激發(fā)出聲表面波的位移幅值成線性增加,十元陣列激發(fā)出的聲表面波位移幅值約為單脈

17、沖線源激發(fā)時的十倍數(shù)值模擬的結(jié)果與wagne等人11,12,13的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。3.6激光的定向位排布激光源經(jīng)過定相位排列后,在某一方向上產(chǎn)生的超聲波幅度比傳統(tǒng)單一源產(chǎn)生的超聲波幅度要強(qiáng)很多14。激光的定相位排列是指一些有時間相位延遲的脈沖激光源按某一方式排列照到物質(zhì)表面,可產(chǎn)生某一方向加強(qiáng)的超聲波方式，節(jié)脈沖源的時間和空間分布,得到超聲場內(nèi)的某一方向超聲干涉加強(qiáng)。圖 6. 激光的定相位排列產(chǎn)生超聲波因此,定相位產(chǎn)生的超聲波方向模式u(,)由單一源產(chǎn)生的超聲波方向模式ue(,)和排列因素Ia(,)共同決定。表達(dá)式為u(,)=ue()Ia(,)（9）u(,)表示在固定間隔下超聲波模式的強(qiáng)度分布

18、,為超聲波長,為選擇的超聲波加強(qiáng)方向與表面方向的夾角,d為相鄰脈沖源中心的間距,為相鄰脈沖源間的時間延遲,c為超聲波速。需要注意,由于縱波和剪切波在同一種媒質(zhì)中有不同的傳播速度,所以,它們的排列因素是不同的。通過模擬計(jì)算可得到定相排列激發(fā)與傳統(tǒng)單一源激發(fā)產(chǎn)生超聲波的強(qiáng)度如圖7。圖7. 定相排列激發(fā)與單一脈沖源激發(fā)超聲波的強(qiáng)度比較由圖7可看出激光源經(jīng)過定相位排列后,相同的激光脈沖強(qiáng)度下,在某一方向上產(chǎn)生的超聲波幅度比單一激光源產(chǎn)生的超聲波幅度要強(qiáng)很多,采用此種方法可有效地加強(qiáng)脈沖激光對超聲波的激發(fā),相比傳統(tǒng)的激發(fā)方法有大幅度的信號加強(qiáng)。通常,激光定相位排列可通過長度不同的光纖排列傳輸激光來實(shí)現(xiàn),

19、也可通過移動激光源來實(shí)現(xiàn).在這里提供一種通過光纖法實(shí)現(xiàn)激光定相位排列激發(fā)超聲波：把km (k、m為正整數(shù))根光纖做成光纖束,其中有k種長度的光纖,分別為l、l+l、l+2l,每一種有m根。與激光器耦合的輸入端用光纖卡盤固定在一圓內(nèi),使得光纖能夠自由受力而又不松散;輸出端光纖也由光纖卡盤固定,并按種類直線排列為k排(激光線光源比點(diǎn)光源有更好的超聲激發(fā)15).由光纖出射的脈沖激光是發(fā)散的,其照射面積是光纖出口與樣品表面距離的函數(shù),為了得到好的照射強(qiáng)度,在光纖出口處放置一個聚焦透鏡。3.7激光束相干合成技術(shù)隨著光纖激光應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對其功率的要求也越來越高，目前1070nm 單模光纖激光器的最

20、高輸出功率可達(dá)10kW16，多模激光器最高輸出功率已超出50kW17。但是受到摻雜光纖非線性效應(yīng)、熱損傷以及光學(xué)損傷等物理機(jī)制的限制，單纖輸出功率的提升空間受限18。為了進(jìn)一步提高光纖激光器輸出功率，業(yè)界采用相干合成等光束疊加合成技術(shù)，將相干合成引入相位控制機(jī)制，各光束間的相位差鎖定為一個恒定值，從而提高了合成光束的相干性和光束質(zhì)量，其峰值光強(qiáng)比非相干合成時提高了 N 倍( N 為參與合成的光束數(shù)目) ，因此相干合成受到格外重視。多光束激光相干合成是一種能在保持激光光束質(zhì)量的同時,又成倍提高激光輸出功率的有效手段19,其核心就是通過精密相位控制,使多臺激光器的輸出相位保持一致,這些光束就因相互

21、干涉實(shí)現(xiàn)多光束激光的相干迭加20,從而在特定空間高效集中多路激光的輸出能量或功率。在波動光學(xué)中,激光的光場可用定態(tài)標(biāo)量波來描述. 對于一束波長為的激光,其復(fù)振幅U在空間的分布滿足高斯光束的形式,即: U(x,y,z)=expexp(10)光強(qiáng)I則為復(fù)振幅的模的平方,即: I=|U|2根據(jù)波的迭加原理,多列波同時存在時,在它們的交迭的區(qū)域內(nèi)每點(diǎn)的振動是各列波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的振動的合成,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U(P)=U1(P)+U2(P)+U3(p)+而總光強(qiáng)為Itotal=|U|2=|U1(P)+U2(P)+U3(p)+|2(11)產(chǎn)生干涉的必要條件為:頻率相同,相位差恒定,有平行分量。將復(fù)振幅的表

22、達(dá)式(10)代入式(11)就可以得到相干迭加后的光強(qiáng)。由此可知，多路激光相干疊加后能使總光強(qiáng)變大。通過計(jì)算機(jī)軟件可以模擬了相干合成效果，模擬出了光源不同排布對光束相干合成效果的影響，假設(shè)一多光束激光相干合成系統(tǒng)由16個相干光源組成，每個相干光源的性能完全相同,如工作波長為1064nm,工作模式為TEM00模,則當(dāng)激光束腰直徑為2mm時,發(fā)散角為0. 677mrad。模擬結(jié)果表明,相干光源呈圓形排布時所獲得的合成功率密度最高,矩形排布次之,十字形排布再次之,一字形排布最差,在上述四種情況下,主峰的功率密度比約為5. 81. 61. 11。相干合成系統(tǒng)中光源相位變化對相干合成效果也有很大的影響。讓

23、相干合成系統(tǒng)中各光源在輸出端相位保持一致時,模擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)相干光源間間距加大時, 相干合成的效果將急劇變差。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因是這些相干光在目標(biāo)上的相位不一致。因此,只要通過某種方法使這些相干光在目標(biāo)上保持完全相同的相位,則在目標(biāo)處所有的光源相干迭加將會產(chǎn)生一個極大值，那么這時候產(chǎn)生的效果就會好一些。由此,逐路的進(jìn)行調(diào)整相干合成系統(tǒng)中各光源輸出端的相位,讓它們在目標(biāo)位置處的相位完全相同,從而在目標(biāo)位置處相干迭加產(chǎn)生一個極大值，獲得最高的激光功率密度,即獲得最佳的相干合成效果。這種情況下,目標(biāo)位置處主峰的峰值功率密度是只讓各光源在輸出端相位保持一致時主峰峰值功率密度的3倍?？梢?在多光束激光相

24、干合成系統(tǒng)中,當(dāng)各相干光源相位能保證在目標(biāo)位置處相位相同時,其主峰處功率密度最強(qiáng)21。需要指出的是,上述為了使理論表述清楚,討論的多光束激光相干合成理論均是建立在系統(tǒng)中每路激光都以單縱模方式工作這一假設(shè)條件的基礎(chǔ)上。通過簡單的推導(dǎo),這一理論就可擴(kuò)展到多縱模方式工作的多光束激光器相干合成系統(tǒng)中。高功率激光的相干合成由于技術(shù)難度大,到目前為止,還并未取得實(shí)質(zhì)性的突破。雖然多光束激光相干合成技術(shù)難度大，但是這也為我們提供了一種理論方法提高激光能量，進(jìn)而增大激光激發(fā)超聲波。由此知對激光束進(jìn)行相干合成能夠提高激光的功率，因此這也是一種提高激光激發(fā)超聲波的方法。3.8表面修飾技術(shù)光聲轉(zhuǎn)換效率太低是阻礙激光

25、超聲開發(fā)利用的主要原因之一，加大激光輻射能量是提高超聲強(qiáng)度的主要途徑.可是加大激光輻射能量是有限度的，如果能量過大會損害樣品表面，那么研究學(xué)者想出了既能最大限度的利用激光能量又不會對樣品造成損害，對于不透明介質(zhì),在脈沖光照下,部分光能被淺表層吸收,一部分被反射.由此一些學(xué)者開始研究如何來提高光的吸收效率，減少光的散射，以提高光聲轉(zhuǎn)換效率.表面修飾技術(shù)22就可以達(dá)到目的，表面修飾眾多技術(shù)中濕表面技術(shù)是最簡單而有效的。在試樣表面涂一層油,放一滴水,或噴涂一層吸光膜,不僅可以在較低的光功率密度下產(chǎn)生滿意的超聲脈沖,而且又可防止表面損傷。在樣品表面涂上各種不同的液體涂料，能夠很有效的提高對光的吸收效率

26、，不同種類的涂料會對光能量的吸收起到不同的增強(qiáng)效應(yīng).有些研究學(xué)者對部分表面涂料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得到了相同入射光下不同涂層對產(chǎn)生縱波幅度的影響的具體數(shù)值，見表123。表1. 樣品表面涂層對縱波幅度的影響表面涂層與未涂層表面相比縱波幅度增加的dB數(shù)鋁銅低碳鋼輕油252726硅脂212426水212324丙酮252432無光黑漆223638無光白漆252922表1中說明了樣品表面涂層會對縱波幅度產(chǎn)生不同程度的影響.如果材料對光能量吸收強(qiáng)，就降低了對光源輻射功率的要求。采用這種方法可充分利用光源功率,增強(qiáng)了光聲信號,在較弱的光照下也可進(jìn)行測量;較好地消除了散射光.由表知道通過表面修飾技術(shù)只能適當(dāng)?shù)奶岣呒す?/p>

27、激發(fā)超聲波的強(qiáng)度，但這類方法重復(fù)性較差,且只適用于很少的場合中。4 總結(jié)上述的能夠提高激光激發(fā)超聲的聲波的方法有選擇合適的激光器，激光器的腔內(nèi)鎖模技術(shù)、激光放大技術(shù)、點(diǎn)光源變?yōu)榫€光源、激光的定向位排布、激光束的相干合成技術(shù)，還有表面修飾技術(shù)。其中前幾種辦法其目的都是如何去增大激光的能量，最后的表面修飾技術(shù)是在相同的激光能量下如何去提高材料對光的吸收效率，讓在同等的激光能量下獲得更大的超聲。但是增大激光能量是獲得更大超聲的最直接的辦法，也是效果最為明顯辦法，而表面修飾技術(shù)只能適當(dāng)?shù)脑龃螽a(chǎn)生的超聲波，因此在今后的激光激發(fā)超聲實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)致力于想辦法增大激光能量上。但是在實(shí)際的應(yīng)用中激光能量并不是

28、可以無限的大的，當(dāng)需要激光激發(fā)超聲的時候，需要依據(jù)條件來進(jìn)行合理的選擇，綜合起來進(jìn)行選擇，也可以多項(xiàng)技術(shù)綜合利用，達(dá)到最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒖嘉墨I(xiàn)1C.B.Scruby,L.E.Drain.Laser ultrasonics: Techniques and applications M.Hilger,Briston,U.K,1990.2錢夢碌.激光超聲學(xué)的若干進(jìn)展.A 同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所, 1000-3630(2002)0102-0019-06:19.3SV Egerev. In search of a noncontactunderwater acousticsourceJ. Acoustica

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