Введение к работе
Актуальность исследования
Исследование физических свойств и внутренней структури неоднородных конденсированных сред является важным в многочисленных задачах как фундаментального, так и прикладного характера. Среди них можно отметить разработку новых материалов (например, оптических, конструкционных, материалов для микроэлектроники), исследование динамических процессов в веществах (например, в биологических объектах), неразрушапций контроль структуры конструкционных материалов на различных стадиях процесса изготовления, а также в процессе эксплуатации деталей и изделий.
Изображение внутренней структуры объекта может быть получено методами оптической, электронной микроскопии и рентгеноетруктуриого анализа. Хотя эти методы обеспечивают получение детальной картины особенностей структуры, они не дзот возможности напрямую связать эти особенности с физическими свойствами объекта а предсказать динамику изменения структуры материала. Поэтому актуальной является задача разработки оперативных методов измерения таких параметров объекта, которые впрямую связаны с его структурой. Этими параметрами во многих задачах диагностики являются оптические (поглощение света) и акустические (частотная зависимость затухания и дисперсия скорости звука) характеристики объекта.
Исследование поглощения света актуально в задачах определения молекулярного состава веществ, обнаружения примесей по спектрам поглощения света, контроля качества оптических материалов. Диагностика светопоглощаицих неодкородностей является актуальной для биологических объектов.
Измерение частотных зависимостей затухания и дисперсии скорости звука (ультразвуковая спектроскопия) позволяет осуществить неразрушапцую диагностику внутренней структуры материала, а также исследовать динамические процессы в веществе.
Диагностику поглощения света и ультразвуковую спектроскопию целесообразно проводить с помощью оптико-акустического (ОА) аффекта - возбуждения звуковых волн в среде при поглощении в ней модулированного по интенсивности светового (лазерного)
поглощающей среды получать широкополосные акустические импульсы нано- и субяаносекундной длительности. Их пршюненве в систеиах ультразвуковой спектроскопии дает возшяшость найти частотную зависимость затухания и скорости ультразвука в исследуемой среде в диапазоне вплоть до нескольких октав.
Однако в существующих методах ультразвуковой спектроскопии с использованием ОА эффекта возбуждение звукового сигнала осуществляется либо в самом исследуемом образце, либо в тонком поглощающем слое, нанесенном на образец. В первом случае затруднено исследование материалов с низкой эффективностью оптико-акустического преобразования. Во втором случае невозможно осуществление калибровки системы (определения частотной зависимости пропускания акустического тракта) из-за отсутствия источника звуковых сигналов с известным спектром.
Для преодоления этих недостатков было предложено использовать ОА эффект для создания источника широкополосных акустических импульсов с известными спектральными характеристиками - лазерного источника ультразвука. Однако широкополосных акустических исследований структуры неоднородных сред с применением таких источников ультразвука до сих пор, по-видимоиу, проведено не было.
Таким образом, актуальна задача исследования свойств и структуры неоднородных конденсированных сред на основе широкополосной акустической спектроскопии с лазерным источником ультразвука.
Цели диссертационной работы
-
Экспериментальное исследование поглощения света в микронеоднородных средах; диагностика поглощающих центров в прозрачных, однородно поглощающих и рассеивающих свет средах с использованием ОА эффекта.
-
Оптико-акустическая диагностика динамики лазерного воздействия на металл при поверхностном поглощении и импедансной границе.
3. Исследование динамических свойств неоднородных жидкостей и
структуры конструкционных материалов на основе широкополосной
акустической спектроскопии продольных волн с лазерным источником
ультразвука.
актуально в задачах исследования биологических объектов;
в диагностике процесса лазерного воздействия на металлы, необходимой в лазерных технологических процессах;
в создании лазерных источников "стандартных" широкополосных импульсов продольных в сдвиговых акустических волк для систем ультразвуковой спектроскопии неоднородных конденсированных сред. Z. Разработанный метод широкополосной ультразвуковой спектроскопии с лазерным источником импульсов продольных акустических волн позволяет получать зависимости абсолютного значения затухания ультразвука в троком частотном диапазоне, которые являются основой для анализа динамических свойств и неоднородностей структуры конденсированных сред, а также могут использоваться для анализа усталостных изменений структуры и оценки остаточного ресурса конструкционных материалов.
3. Разработана методик» широкополосной акустической спектроскопии сдвиговых волн, которая может дать дополнительную информацию о структуре неоднородных твердых тел.
Защищаемые положения
1. Светосюглощающие неоднородности в микронеоднородных,
прозрачных, однородно поглощающих и рассеивающих свет средах
оказывают влияние на временную форму фронта ОА сигнала,
возбуждаемого в исследуемой среде.
2. Амплитуда ОД сигнала в ртути при ишпедансной границе
определяется в основном температурной зависимостью коэффициента
отражения света в процессе лазерного воздействия.
3. Временная форма широкополосного импульса сдвиговых волн при
преобразовании импульса продольных волн на границе раздела
жидкость-твердое тело зависит от угла наданая импульса
продольных волк на границу раздела. Существует определенный угол
падения, при котором форма импульса сдвиговых волн совпадает с
формой падающего импульса продольных волн.
4. Результаты широкополосной акустической спектроскопии с
лазерным источником импульсов продольных ультразвуковых волн
позволяют определить релаксационные параметры коллоидных
растворов, а также характерные размеры неоднородностей структуры
керамических материалов и поликристаллических металлов.
5. Частотные зависимости затухания продольных акустических волн
