Введение к работе
Актуальность темы. Лазерная, опгоакустака является в настоящее время интексивно развивающимся направлением физики взаимодействия лазерного излучения с веществом. Лазерное возбуждение звука отличается от традиционная методов бесконтактностью, широким! возможностями управления характеристиками источников, высокой интенсивностью генерируемых акустических полей. Эти особенности позволили получить'целый ряд научных и прикладных результатов в таких областях, как нелинейная акустика, оптико-акустическая спектроскопия, неразрушаидий контроль. В настоящее время лазерное возбуждение звука з газах и жидкостях исследовано наиболее детально. Оптико-акустический эффект в твердых телах характеризуется большим рзэнооОразием явлений, что связано, в частности, с наличием различных типов волн, в том числе рзлеевских поверхностных акустических волн (ПАВ), распространяющихся вдоль свободной поверхности твердого тела в слое толщиной порядка длины ак/усгической волны. В последнее время лазерное возбуждение ЦАВ привлекает возрастающее внимание, исследователей. Это связано, с одной стороны , с общим возрастанием интереса к явлениям на поверхности и в приповерхностных слоях твердого тела; с другой стороны, именно на использовании ПАВ базируется такое практически важное направление как зкустоэлектроника. Актуальность использования лазерного излучения іменно для возбуждения поверхностных воля связана, кроме Того, с доступностью поверхности для возбуждения и регистрации ПАВ, с трудностью возбуждения ПАВ в непьезоэлектрических материалах другими методами, а также с тем, что поглощение
лазерного излучения часто происходит именно в приповерхностном слое твердого тела.
К моменту начала работы над диссертацией рядом исследователей были установлены , основные механизмы лазерной генерации ПАВ, заложены основы теории, продемонстрирована возможность использования лазерного возбуждения ПАВ в оптико-акустической спектроскопии и дефектоскопии приповерхностных слоев твердого тела; в то же время ряд принципиальных вопросов оставался неисследованным.
Целью диссертационной работы является дальнейшее развитие исследования импульсного лазерного возбуждения ПАВ и его приложений. "Ват поставлены следующие задачи:
1. Исследование структуры сигналов ближнего поля при лазерном
возбуждении импульсов ПАВ.
-
Исследование влияния упругой анизотропии на лазерную генерацию ПАВ в кристаллах.
-
Исследование взаимодействия лазерного излучения с л » 3 мкм с водой и использование его для возбуждения импульсов ПАВ в твердом теле через слой вода.
4. Исследование возможностей практического применения коротких
высокоамшштудаых импульсов ПАВ, возбуждаемых лазерным излучением.
Научная новизна.
-
Показана применимость двумерного волнового уравнения для описания лазерного возбуждения ПАВ при различных механизмах, что дает возможность использовать для решения задач по лазерному возбуждению ПАВ многочисленные результаты, полученные для термооптического возбуждения объемных волн в жидкости.
-
Рассмотрена структура сигналов ближнего поля при лазерном
возбуждении импульсов ПАВ, рассчитаны предвестники, распространякщиеся перед фронтом рэлёевских импульсов.
-
Экспериментально исследован эффект "фононной фокусировки" при распространении ПАВ, возбуждаемых точечным источником в кристалле.
-
Исследовано просветление воды под действием импульсов излучения эрбиевого лазера, с х=2.79 мкм. 5. Исследована генерация поверхностных и изгибных волн в твердотельных образцах излучением эрбиевого лазера через слой воды.
6. Предложено использовать короткие высокоамплитудные импульсы ПАВ. возбуждаемые лазерным излучением, для удаления механических микрочастиц с поверхности твердого тела.
Практическое значение результатов работы. Исследованный в диссертации эффект "фононной фокусировки" ПАВ в кристаллах имеет большое значение для практических приложений, в которых для возбуждения ПАВ используется остро сфокусированный лазерный луч, например для оптико-акустической микроскопии на ПАВ. Учет этого эффекта, может, в частности, привести к многократному увеличению амплитуды регистрируемого сигнала ээ счет выбора надлежащего взаимного расположения источника и приемника ПАВ. На основе проведенных исследований по удалению микрочастиц с поверхвостя твердого тела при прохождении ПАВ предложены новый бесконтактный способ очистки поверхности кремниевых пластин от пылинок микронного размера, новый метод измерения сил адгезии микрочастиц к поверхности, а также новый простой метод визуализации пространственного распределения амплитуда при распрострранвний ПАВ. Предложен также метод эффективного неразрушапцего возбуждения поверхностных и изгибных волн в твердотельных образцах импульсами эрбиевого лазера через слой воды. Результаты исследования
просветления воды- ка а=2.79 и 2.94 мкм имеют значение для использования эрбизвого лазера с данными длинами волн в медицине. Основные защищаемые положения:.
-
Установлено, что лазерная генерация: рэлеевских волн- в изотропном твердом теле щлг териооптическс№ механизме генерации' и за счет воздействия на поверхность импульса давления описывается тем же волновым ypaBHeBBew, что и тернооптическая генерация: звука в жидкости в двумерном случае.
-
Установлена структура сигналов ближнего' поля» щлг лазерном возбуждении ПАВ за счет указанных . выше механизмов, расчетами предвестники, возникающие при импульсном возбуждении ПАВ.
-
При распространения ПШ от точечного источника в (III) и (100) срезах кремния наблюдается эффект фэнонной фокусировки.
-
При воздействий интенсивного излучения с » = .2.79- ики нэ слой вода по мере увеличения удельного энерговклэда наблюдается аффект затемнения, сменяющийся затем щэосветлением.Получешше результаты свидетельствует о тепловом механизме просветления воды. Исследование взаимодействия с водой гигантских импульсов с х = 2.94 мкм показало, что при острой фокусировке излучения эффект просветления существенно усиливается за счет поперечного разлета жидкости.
-
Показано, что арбиевый лазер может бить использован для аффективного неразрушавдего возбуждения поверхностных и пзгибных волн в твердотельных образцах через слой воды.
-
Обнаружено явление отрыва частиц микронного размера от поверхности твердого тела при прохождении коротких мощных импульсов ПАВ.
Апробаций работы и публикации. Основные результаты
_ 5 -
диссертации докладывались на xiv Всесоюзной конференции го акустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Кишинев, 1989), на XI Всесоюзной Акустической конференции (Москва, 1991), vii меядународной конференции по фотоакустическим и фототепловым явлениям (Дурверт, Нидерланды, 1991), xiv Мевдународной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, 1991) и опубликованы в II печатных работах.
Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 131 странице и включает 33 рисунка и 131 библиографическую ссылку.
