Українські рефератиучбові матеріали на українській мові

RefBaza.com.ua пропонує студентам та абітурієнтам найбільшу базу з рефератів! Також ви можете ділитися своїми рефератами для поповнення бази.

Взаємодія коротких акустичних імпульсів з неоднородностями лежить на поверхні

Реферат: Взаємодія коротких акустичних імпульсів з неоднородностями лежить на поверхні

Оглавление.

1.Введение. 2

2.Обзор літератури. .5

3.Физические механізми порушення поверхневих акустичних хвиль в твердому тілі. .6

4.Теоретическое опис акустичних хвиль лежить на поверхні твердого тіла. 9

4.1 Хвилі Рэлея. 9

4.2 Поширення ПАР на шорсткуватих поверхнях й у мелкомасштабных періодичних структурах. 15

5.Экспериментальная техніка лазерної оптоакустики й методику виміру акустичного відгуку. 22

6.Наносекундная лазерна система на дослідження поверхневих акустичних хвиль. .26

7.Экспериментальные результати. 28

8.Заключение. .35

9.Список літератури. 37

ЗАПРОВАДЖЕННЯ.

Специфічним ефектом, обумовленою взаємодією лазерного випромінювання з речовиною, є порушення акустичних хвиль при імпульсному лазерному вплив. З погляду фізики взаємодії випромінювання з речовиною, акустичний відгук містить інформацію про перехідних процесах, які у області опромінення, за часи порядку тривалості лазерного імпульсу. Прикладна цінність оптоакустического (ОА) методу у тому, що оптично розпочаті акустичні імпульси можна використовувати як визначення параметрів поглинає середовища (наприклад, коефіцієнтів теплового розширення, теплопровідності, та інших.), а як і на дослідження неоднородностей в твердому тіло і з його поверхні. Перелічені можливості імпульсної лазерної оптоакустики дозволили активно використовувати його в дефектоскопії, мікроскопії і томографії зразків. Оптико-акустическая мікроскопія, як і будь-який інший мікроскопія, є спосіб отримання зображення неоднородностей поверхні з досить великою дозволом [3]. На відміну від традиційної мікроскопії на відбиток чи пропускання ОА-микроскопия дає змоги виявити приповерхневі дефекти в оптично непрозорих зразках. Слід зазначити, що часто-густо використовується оптична реєстрація акустичних імпульсів [2,4,6], що дозволяє: зробити метод безконтактним і дистанційним. У результаті проведених наукових досліджень області оптоакустики було знайдено розмаїття механізмів відповідальних за формування акустичного відгуку середовища при поглинанні лазерного випромінювання. Найважливішими механізмами генерації звукових хвиль є термоупругий механізм, электрострикция, радіаційне тиск, діелектричний пробою, випаровування речовини і абляция матеріалу мішені [1]. Крім названих за певних умов виявляються та інші механізми. Так для діелектриків істотним то, можливо порушення звуку механізмом деформаційного потенціалу, а пьезоактивных кристалів можливо ефективне порушення акустичних хвиль з допомогою зворотного пьезоэффекта. Співвідношення перелічених механізмів і ефективність оптоакустического перетворення залежить від параметрів лазерного випромінювання, а як і оптичних і теплових параметрів середовища.

Аналитическое опис процесу лазеро-индуцированной генерації акустичних хвиль в твердому тілі є досить складне завдання, що вимагає рішення системи неоднорідних диференційних рівнянь у приватних похідних. Навіть не враховуючи нелінійного взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною який завжди знаходить аналітичне рішення і, суворо описати акустичний відгук. Найпростіше процес лазерного генератора звуку описується в моделі ізотропного середовища в лінійному наближенні.

Останнім часом істотно зріс інтерес до застосування імпульсної лазерної оптоакустики у фізиці твердого тіла. До того ж широке використання пристроїв на поверхневих акустичних хвилях (ПАР) поставив завдання необхідність докладного аналізу процесів порушення, поширення і розсіювання ПАР неоднородностями і штучними дефектами лежить на поверхні твердого тіла.

У основі функціонування більшості пристроїв обробки сигналів на ПАР лежить взаємодія останніх з різноманітних управляючими неоднородностями як виступів, канавок, поверхневих електродів, обьемных включень, ребер клинів і хвилепровідних структур [8]. Деякі неоднорідності можуть мати і випадковий, типу шорсткостей і викривлень кордонів, вплив так ж треба враховувати під час розрахунках низки пристроїв. Прилади на ПАР дозволяють формувати і дозволяють опрацьовувати радіосигнали широтою діапазону частот (10 МГц-6ГГц). З їхньою допомогою можна одержувати характеристики, недосяжні в пристроях інших фізичних принципах. Це пов'язано з фізичними властивостями поверхневих хвиль. Першим і найважливішим властивістю є надзвичайно низька їхнє поширення, складова 10-5 швидкості поширення електромагнітних хвиль. Це властивість акустичних хвиль зробила їх зручними від використання в лініях затримки великий тривалості. У результаті низькою швидкості поширення акустичні хвилі мають як і дуже малими довжинами хвиль проти електромагнітними хвилями тієї ж частоти. Це - зменшення довжини хвилі також порядку 10-5 і від використовуваного матеріалу. Тому устрою на акустичних хвилях мають значно менші розміри і ваги проти електромагнітними пристроями. З іншого боку устрою на ПАР розташовуються лежить на поверхні кристала, що зробила їх більш вже непохитними й надійними [10].

Природний розширення функціональних можливостей пристроїв на ПАР і підвищення вимог до характеристикам призводять до необхідності пошуку істини та відпрацювання різних методів дослідження поширення ПАР на неоднорідних поверхнях. Лазерное порушення і детекторування акустичних хвиль (АВ) дозволяє здійснити безконтактне вимір важливих параметрів середовища.

У цьому роботі було відпрацьовано методика експериментального дослідження лазеро-индуцированной ПАР безконтактним оптичним методом.

Огляд літератури.

Оптико-акустический ефект, відкритий А. Беллом ще 1880 року, аж до створення лазерів використовувався лише у ІК спектроскопії газів. Розвиток лазерної техніки намітило основні шляхів розвитку імпульсної оптоакустики: лазерне порушення акустичних видеоимпульсов в рідини i твердих тілах, напівпровідниках, лазерне порушення гиперзвуковых і рэлеевских хвиль. Вперше лазерна генерація ПАР було описано у роботі Р. М. Уайта і Р. Є. Лі [13]. Рэлеевская хвиля збуджувалася при поглинанні одиночного імпульсу лазера з модуляцією добротності в алюмінієвої плівці, напыленной на досліджувану поверхню. Як підкладки використовувалися різні матеріали - кераміка, кристалічний і плавленый кварц. Діяльність [14] як і порушувалися широкосмугові видеоимпульсы рэлеевских хвиль, у своїй провели одночасне вимір швидкості подовжньої, поперечної і рэлеевской хвиль. Отримані величини збігаються з измеренными іншими методами. Переваги цього методу можливості проведення вимірів із зразками малих ж розмірів та простих форм широтою діапазону температур і тисків, оперативність отримання даних. Реєстрація акустичних імпульсів здійснювалася контактним методом з допомогою пьезопреобразователей. У пізніх роботах дедалі більше використовується метод безконтактної оптичної реєстрації ПАР. Діяльність [4] були використаний метод оптичної реєстрації, визначено швидкості подовжньої і поперечної хвиль лежить на поверхні плавленого кварцу вкритого двошарової металевої плівкою (Cr і Au), відзначені можливості використання цього визначення пружних констант і товщини плівки. Поширення ПАР з більш складної структурі (плавленый кварц з напыленными з його поверхні золотими смужками) досліджувана у роботі [6].

Фізичні механізми порушення поверхневих акустичних хвиль в твердому тілі.

Поглиненна лазерного випромінювання в твердому тіло і наступна релаксація фотовозбуждения призводять до деформації кристалічною грати, що виявляється як пружних хвиль поширених в галузі фотовозбуждения. У цьому порушення акустичних хвиль серед можливо з допомогою різних механізмів. Їх можна розділити на два класу - лінійний і квадратичний за амплітудою електромагнітного поля. Лінійні полем механізми - п'єзоелектричний і пьезомагнитный - призводять до порушення звуку тієї ж частоти, як і электромагнитная хвиля. За цих механізмах відбувається фактично на квазистационарном полі. Тому, за вплив лазерного випромінювання на речовина порушення звуку відбувається поза рахунок квадратично-нелинейных полем ефектів: електро- і магнитострикции, теплового і деформаційного механізму [1,9]. І тут акустичні коливання порушуються не так на частоті світловий хвилі, але в частоті модуляції інтенсивності, що вже потрапляє у акустичний діапазон. Фактично электрострикция то, можливо істотна лише у прозорих середовищах і високих ультразвукових частотах. У сфері звукових і ультразвукових частот основним механізмом порушення звуку є теплової. Винятки від цього правила можливі у випадках, коли поглинута світлова енергія перетворюється на теплову не відразу або повністю. Тривала затримка між моментом поглинання світла, і моментом, коли поглинута енергія повністю перетворюється на теплове рух середовища, може реалізуватися якщо енергії оптичних квантів достатньо відриву валентных електронів від атомів. Це з тим, що народжена вільний електрон може тривалий час не повертатися в рівноважний стан. Відрив електронів призводить до зміни сил взаємодії між атомами. Що стосується твердих тіл це має спричинити зміну щільності речовини, не що з його нагріванням. Такий механізм оптичної генерації звуку називається деформационным. З використанням лазерів видимого і інфрачервоного діапазонів довжин хвиль даний механізм оптико-акустического ефекту може важливої ролі в напівпровідникових матеріалах. Числові оцінки [11] показують, що у таких напівпровідниках як Ge, Si, GaAs деформационный механізм значно ефективніше, ніж теплової. Однак загалом разі насичення зростання концентрації фотовозбужденных носіїв може спричинить суттєвого переважанню теплового механізму. Рівень оптико-акустического сигналу пропорційний перемінної частини світлового потоку. Оскільки лазери імпульсного дії дають змогу одержувати суттєво вищі інтенсивності світла, ніж лазери безперервного дії, для лазерної оптоакустики є типовим порушення широкого акустичного спектра- звукових видеоимпульсов. У остаточному підсумку розглянуті вище механізми призводять до генерації поздовжніх і поперечних хвиль. У подовжньої хвилі, чи хвилі сжатия-разряжения усунення частинок відбувається вздовж хвильового вектора. Поширення такий хвилі супроводжується зміною відстані між частинками середовища проживання і, як наслідок, локальним зміною щільності середовища. Існування поперечних хвиль в твердому тілі зумовлено деформацією зсуву, тобто. деформацією кристала без зміни обсягу. Слід зазначити, що з обмеженою середовища рівняння руху розглядати що з граничними умовами для механічних і електричних величин. Зокрема, для вільної поверхні граничну умова залежить від відсутності механічних напруг. Граничным передумовою вектора електричної індукції є безперервність його нормальних складових за відсутності поверхневих зарядів [7].


Схожі реферати

Статистика

[1] 2 3 4 5 6 7 8