激光超声学的若干进展

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1、文章编号：!"""#$%$"（&""&）"!’"&#""!(#"%激光超声学的若干进展钱梦马录（同济大学声学研究所，上海&"""(&）摘要：激光超声学是超声学与激光技术相结合而形成的新兴交叉学科，由于它具有非接触、宽带、激发源高保真等特点，近年来得到迅速发展。文章简要地对激光超声学在信号激发和检测、传播理论以及应用方面等所取得的若干进展作一介绍。关键词：激光超声学；非接触；宽带；高保真中图分类号：)*&%文献标识码：+!"#$"%&&’()*&%"+),"*&#(’-&,-+./012#34（-1567646089+:84567:5，;812<7=17>0

2、?576@，ABC12BC7&"""(&，DB71C）./&,"*-,：EC50?436?C5817:5，FB7:B7571>83>0G71436?C5817:5C1G3C50?60:B18382@，75C10FH?C1:B71436?C5817:5I-675G0>038J0G>0?@K47:L3@H0:C45089765CG>016C20589181:816C:68J0?C6781，H?8CGHC1GF7G6B，B72B97G0376@89584?:0C1G5881I;B0J?82?055713C50?436?C5817:5CH8463C50?436?C

3、5841G2010?C6781，G060:6781，J?8JC2C6781C1G765CJJ37:C6781575716?8G4:0GH7093@716B75JC60?I0%12#"3&：3C50?436?C5817:5；181:816C:6；H?8CGHC1GF7G6B；97G0376@激光超声学是利用激光来激发和检测超声、并在媒质中形成。因此，所激发的激光超声信号，不仅开展超声传播和媒质特性等研究的新兴交叉学与激光束的时间或空间分布特性有关，而且还与材［!］科。与传统的压电换能器技术相比，激光超声技料本身特性、表面状态等有关。早期的研究已证实，术具有非

4、接触、宽带、激发源高保真及点源P点接收如果激光的功率密度在材料的烧蚀激发区，可以产等优点，因此，它更有利于材料的无损评估和其它学生比热弹激发强得多的超声信号。这有利于提高检科的应用，像材料表征，缺陷检测，加工过程监测，以测的信噪比。但作为一种非接触式的无损评估新技及复杂形貌的工件或高温高压等恶劣环境下设备的术，激光的功率密度必须控制在材料的损伤阈值以监测等。此外，激光超声源能同时激发纵波、横波、下。这样，在很多场合不可能得到满意的信噪比。表面波以及各种导波，在时间上又具有与理论上很于是，近年来各种提高检测信噪比的技术，如表面修相似的!（!）或"（!）特性。

5、所以它是实验上验证各饰、激光源的时间或空间调制技术等得到了发展。种复杂媒质中声传播理论的有效手段。因此，在&"湿表面技术是一种最简单而有效的表面修饰技世纪("年代形成的激光超声学，近年来已发展成超术［&］。在试样表面涂一层油，放一滴水，或喷涂一层声学中的重要分支，并在激光超声信号的激发与接吸光膜，不仅可以在较低的光功率密度下产生满意收、传播以及应用等方面取得很大进展，本文将对此的超声脉冲，而且又可防止表面损伤。如果试样表作一些简单介绍。面上激光束的半径为#，在干、湿表面所形成的烧蚀%’表面力源$&&和$&&，可分别表示为：!激光超声的激发与接收7"!%*0

6、（+(+,#）与压电换能器在媒质中激发声波途径所不同的$&（&(，!）){"（+(+-#）是，激光超声源是由激光束直接与媒质相互作用而&(7"!（+(+,#）’*(!.&)0$&（&(，!）){#收稿日期：&""!#!!#!&；修回日期：&""&#"$#"M"（+(+-#）基金项目：国家自然科学基金资助项目（!"!$*"&"；!"!N*"O&）作者简介：钱梦马录（!(*&#），男，浙江上虞人，教授，博士生导师，目前（!）主要从事激光超声、超声检测、扫描电子声显微镜以及声致发光等研究。式中*是常。这样，从理论上就可以得到干、湿表面烧蚀激发时的远场指向性。而实

7、验对其纵、横声学技术—!(—波指向性测量的结果证实了理论的结论：通常湿表面比干表面激励有更强的超声信号；激励半径!越大，频率越高，两者的指向性图案差异也越大。单个激光脉冲能激发出宽带的激光超声脉冲，它的弱点则是易受到宽带噪声的干扰。因此，近年来又开展了激光超声源在时间或空间分布调制技术的研究，使激发的超声信号成为窄带或线性调频信号，以便采用窄带滤波技术或信号处理技术来提高［!］检测的信噪比。激光超声源的时间调制可采用激光器腔内锁模，激光器阵的定时激发，"#$%%声光调制等技术。经"#$%%调制激光所激发的&’!()*+超声信号，比（$）3)表面波信号［0］

8、没经调制所激发的超声信号增强了&,-".(/-"。激光超声源的空间