ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Субнаносекундные и пикосекундные импульсы в физической и прикладной акустике из "Оптика фемтосекундных лазерных импульсов " В последние годы значительное число исследований было направлено на разработку оптических методов возбуждения и регистрации все более коротких когерентных импульсов деформации [72—801. Во многом это связано с широкими перспективами практического применения этого бесконтактного, дистанционного метода для экспресс-диагностики различных веществ. Возбуждаемые с помощью лазеров акустические импульсы наносекундной длительности эффективно использовались для определения анизотропии модулей упругости [81] и распределения пространственного заряда в диэлектриках [82]. Создание оптических генераторов пикосекундных акустических импульсов открывает возможность измерения поглощения акустических волн гига- и терагерцевого диапазона частот [76—791, изучения упругих свойств [76, 78, 80], распределений дефектов и остаточных напряжений в пленках, измерения толщин тонких пленок [74, 77, 781. Однако у проводимых исследований, несомненно, есть и более фундаментальные цели. С одной стороны, это создание импульсных акустических спектрометров быстрых нестационарных процессов. С другой — исследования распространения когерентных акустических волн в условиях, когда существенно проявляется дискретная структура кристаллов. [c.160] Механизмы генерации коротких акустических импульсов разнообразны. Акустические импульсы возбуждаются при лазерном пробое вместе с тем достаточно эффективными оказываются и методы, основанные на неразрушающих воздействиях лазерного излучения на вещество. [c.160] Естественно, что если речь идет о субнаносекундных и пикосекундных акустических импульсах, возбуждение должно осуществляться сверхкороткими лазерными импульсами. Последнее, однако, ни в коей мере не гарантирует еще получения близкого по длительности к лазерному акустического импульса. Имеется много причин, приводящих к растяжению последнего, поэтому типична ситуация, когда Тз Ти. Следует подчеркнуть также характерную черту когерентных импульсов деформации, возникающих при опто-акустических взаимодействиях. Возникновение акустического импульса является, по существу, результатом детектирования ( выпрямления ) светового импульса — ситуация, во многом аналогичная таковой при генерации мощных инфракрасных импульсов за счет оптического детектирования сверхкоротких импульсов в среде с квадратичной нелинейностью ( 3.5). Поэтому возникающий акустический импульс — это видеоимпульс, импульс длительностью в один период, имеющий много общего с импульсом черепковского излучения когерентного сгустка нелинейной поляризации. [c.160] В таком генераторе достигается высокая эффективность преобразования оптической энергии в акустическую (до 10 %), что позволяет при использовании лазерных импульсов с длительностью 10 пс, энергией 10 мДж при воздействии на металлическую мишень с интенсивностью 400 ГВт/см возбуждать ударные волны сжатия с давлениями 10 кбар [72, 731. Подобные лазерные генераторы ударных волн могут найти применение для активного инициирования химических и фазовых превраш,ений. [c.161] Математический анализ задачи (1) — (2) показывает, что вблизи облучаемой поверхности, в области нестационарных пространственнонеоднородных изменений температуры возбуждается акустический видеоимпульс (рис. 3.34). Его временные параметры непосредственно связаны с длительностью огибающей оптического импульса. От частоты заполнения лазерного импульса зависит коэффициент поглощения б. Акустический видеоимпульс при комнатных температурах отрывается от потока высокочастотных фононов, которые в этих условиях распространяются диффузионно. [c.162] Длительность возбуждаемых импульсов деформации может ограничиваться снизу не только величиной т , но и временем пробега звука по области тепловыделения, а характерный размер области нагрева решетки I определяется либо длиной поглощения света /п б 1, либо длиной теплопроводности — расстоянием, на которое прогреется кристалл за время оптического воздействия за счет переноса энергии электронами, фононами и т. д. Фононная теплопроводность всегда происходит со скоростями, не превышающими звуковую, и поэтому не приводит к уширению акустических импульсов. Движения электронов в металлах и электронно-дырочной плазмы в полупроводниках может существенно увеличить область нагрева решетки, особенно при низких температурах. При комнатных температурах диффузия носителей в значительной мере замедлена из-за сильного рассеяния на тепловых колебаниях решетки. Поэтому для термоупругой генерации сверхкоротких импульсов деформации необходимо одновременно уменьшать длительность лазерного воздействия и длину поглощения света. Наконец, нельзя забывать, что время нагрева решетки может определяться не временем оптического воздействия, а временем передачи энергии от электронов к фононам, что также препятствует укорочению длительности импульсов деформации. [c.162] Вернуться к основной статье