Гиперзвуковые волны

Флуктуации плотности Ар, периодически расположенные в пространстве, периодичны и во времени. Они колеблются с частотой гиперзвуковой волны О. Отсюда [c.123]

Обозначив скорость гиперзвуковых волн через v, а скорость света через с, получим A = vlQ, K = lv и, следовательно, [c.123]

В аморфном твердом веществе (стекло) скорости двух поперечных волн совпадают и поэтому вместо шести компонент появляются четыре. Наконец, в жидкости наблюдаются только две компоненты, так как флуктуации плотности в пей можно рассматривать как результат распространения гиперзвуковых волн. Однако в отличие от твердого вещества в жидком отсутствуют поперечные звуковые волны. [c.124]

МИКРОСКОПИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ — совокупность методов визуализации микроструктуры и формы малых объектов с помощью УЗ- и гиперзвуковых волн. Она включает в себя также методы измерения локальных характеристик упругих и вязких свойств объекта и их распределений по его поверхности или внутри объёма. М. а. основана на том, что УЗ-волны, прошедшие, отражённые или рассеянные отд. участками объекта, имеют разл. характеристики (амплитуду, фазу и др.) в зависимости от локальных вязкоупругих свойств образца. Эти различия позволяют методами визуализации звуковых полей получать акустич. изображения на экране дисплея. В зависимости от способа преобразования акустич. полей в видимое изображение различают сканирующую лазерную М. а. и сканирующую растровую М. а. [c.148]

В М. а. для исследований обычно применяется УЗ- и гиперзвуковые волны в газах — в диапазоне частот Ю Гц, а в жидкостях и твёрдых телах — в диапазоне 10 —10 Гц. Использование оптич. методов, а именно измерение смещения и ширины компонент Мандельштама — Бриллюэна рассеяния и определение по ним скорости и коэф. поглощения звука, позволило расширить диапазон применяемых частот вплоть до десятков ГГц. [c.194]

Фонон-фононные взаимодействия играют определяющую роль в поглощении гиперзвуковых волн (см. Гиперзвук) в кристаллах, особенно при низких темп-рах, в эффектах нелинейного поглощения УЗ-во ли. [c.292]

Если до сих пор речь шла о получении больших амплитуд в области сравнительно низкочастотного ультразвука, то в заключение этого раздела следует несколько остановиться на новом принципе генерации звука светом, который, по-видимому, открывает возможность получения чрезвычайно больших интенсивностей ультразвуковых и, что особенно интересно, гиперзвуковых волн в твердых телах и жидкостях [28—31]. Исследование этого явления начато в самое последнее время, но полученные уже результаты позволяют считать эти методы перспективными не только для получения больших интенсивностей, но также и для изучения различных свойств твердых тел и жидкостей. [c.371]

Генерация гиперзвука наблюдалась косвенно по стимулированному бриллюэновскому рассеянию [29]. Прямой эксперимент по усилению и генерации ультразвука (в области десятков Мгц) в жидкости проведен в [30]. При очень больших интенсивностях гиперзвуковых волн создаются большие высокочастотные переменные механические напряжения. Кроме того, гиперзвуковые волны очень быстро затухают, передавая свою энергию тепловым колебаниям решетки, что эквивалентно сильному локальному разогреву твердого тела. Предельные интенсивности здесь определяются пределом механической прочности твердых тол. При нынешнем уровне лазерной техники эти предельные интенсивности, вероятно, уже достигнуты и даже превзойдены. [c.372]

Появилась область так называемой квантовой акустики. В квантовой акустике рассмотрение коллективных колебаний атомов решетки и электронного газа и взаимодействия их с внешними электромагнитными полями ведется на основе квантовой теории твердого тела. Одним из результатов этих исследований является создание электроакустических преобразователей гиперзвуковых частот и перспектива прямого усиления гиперзвуковых волн в полупроводниковых кристаллах благодаря взаимодействию этих волн с электронами проводимости в постоянном электрическом поле. Эта область получила название акустоэлектроники. В данной книге вопросы акустоэлектроники не рассматриваются, так как она составляет самостоятельный раздел физической акустики. [c.9]

Для возбуждения ультра- и гиперзвуковых волн применяют пьезопреобразователи АС- и ВС-срезов кварца, создающих чисто сдвиговые колебания. [c.239]

Изучение гиперзвуковых волн и их распространения в различных телах, в особенности в твердых телах и в жидкостях (в газах гиперзвук слишком быстро затухает, а имеет смысл говорить о звуке, когда длина волны X больше длины среднего свободного пробега молекул) представляет очень большой интерес. Это изучение может дать много полезных сведений для молекулярной теории, сведений, интересных для уточнения теории состояния этих тел. Это изучение также оказывается важным для объяснения целого ряда оптических явлений, возникающих при прохождении света через прозрачные тела. Наконец, это изучение представляет интерес с акустической точки зрения оно может ответить на вопросы об основных особенностях распространения упругих волн самых высоких частот звукового спектра. [c.299]

Соотношения (6) и (7) показывают, что скорость звука на частоте = Дт можно определить, пропуская через жидкость монохроматический световой пучок и измеряя бриллюэновское смещение частоты света, рассеянного под углом 0. Чтобы получить некоторые представления о величине положим Л = 5000 А, и = 1,5, g = = 1200 м/с тогда получим, что Ду = Vs лежит в области 10 —10 ° Гц (это соответствует волновым числам в интервале 0,1—1 см ). С помощью соотношения (И) по ширине линии рассеяния можно вычислить коэффициент поглощения гиперзвуковых волн. Если время релаксации звука положить приблизительно равным 10" с, то ширина линии бг будет составлять 0,01—0,05 см . Значения величин Ду и бг таковы, что их можно зарегистрировать посредством классических методов спектроскопии высокого разрешения. Однако необходимо учитывать малую величину коэффициентов рассеяния типичное значение М имеет порядок 10 см . [c.160]

Для рассеяния света существенны упругие волны с частотой / 101 иаз, гиперзвуком. В теле конечных размеров нри слабом затухании возникают стоячие гиперзвуковые волны, временное изменение плотности в к-рых вызывает модуляцию рассеянного [c.127]

Ширина компонент Мандельштама — Бриллюэна 6v определяется коэффициентом затухания а гиперзвуковых волн 6v = ау/яс с.и-1. При повышении вязкости, если при этом ещо не наступает релаксация, комноненты расширяются, и прп 6v Av дискретные спектральные линип исчезают. [c.127]

Таким образом, с помощью вынужденного мандельштам-бриллюэновского рассеяния можно генерировать довольно интенсивные гиперзвуковые волны (вплоть до частот / 101 Гц). Это представляет значительный интерес для экспериментальных исследований, так как возбуждение столь высокочастотного звука обычными методами затруднительно и во многих случаях невозможно. Однако эффективность генерации звука при этом [c.351]

В работе [160] оценивается возможность излучения двумерными плазмонами поверхностных гиперзвуковых волн. Показано, что такое излучение возможно при неоднородности плазменного слоя Ns = Тогда плазмон, движущийся вдоль оси 0Z, может из- [c.161]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

В устройствах А. используются УЗ-вые волны высокочастотного диапазона и гиперзвуковые волны (от 10 МГц до 1,5 ГГц), как объёмные (продольные и сдвиговые), так и поверхностные. Преимущества поверхностных акустич. волн — ПАВ (см. Поверхностные волны) — малые потери на преобразование при их возбуждении и приёме (коэфф. преобразования можно получить близким к 100%), доступность волнового фронта, что [c.42]

Рассеяние рентгеновских лучей, как известно, имеет место в направлениях 0, удовлетворяющих условию Вульфа — Брэггов (см. 10.2) 2d sin =--тХ, где d — расстояние между атомными плоскостями 0 — угол скольжения падающих лучей ш = 1, 2, 3,. . . . В случае дебаевских волн роль постоянной d решетки играет длина гиперзвуковой волны Л. Кроме того, в отличие от рассеяния рентгеновских лучей на дискретных центрах, акустическая решетка имеет синусоидальное распределение плотности, т. е. в этом случае взаимное усиление лучей в результате интерференции возможно только при т=1 [c.122]

К такому же результату можно прийти, рассматривая рассеяние света как отражение от бегущих звуковых волн. В этом случае физической причиной расщепления является эффект Доплера. Для каждого направления в кристалле имеются две волны, бегущие во взаимно противоположных направлениях. По отношению к световой волне каждая звуковая волна может рассматриваться как зеркало, движущееся со скоростью V в направлении, определяемом углом 0. При отражении света от движущегося зеркала частота световой волны изменяется вследствие эффекта Доплера. Расчет, проведенный Брил-люэном, приводит к формуле (23.10), которая носит название формулы Мандельштама — Бриллюэна, а само явление рассеяния на гиперзвуковых волнах называется рассеянием Мандельштама — Бриллюэна. [c.124]

Гиперзвук — акустические колебания от 10 до 10 —10 Гц. Частотный диапазон гиперзвуковых волн сверху ограничивается физическими факторами, характеризуюгцими атомное и молекулярное строение среды длина упругой волны должна быть значительно больше длины свободного пробега молекул в газах и больше межатомных расстояний в жидких и твердых телах. Поэтому в воздухе не может распространяться гиперзвук с частотой 10 и выше, а в твердых телах — с частотой более 10—10 Гц. [c.156]

В устройствах А. используются УЗ-волны ВЧ-диа-пазона и гиперзвуковые волны (от 10 МГц до 10 ГГц), как объемные (продольные и сдвиговые), так и поверхностные. Осп. преимуществом поверхностных акустических волн (ПАВ) является доступность волнового фронта, что позволяет снимать сигнал и управлять распространением волны в любых точках звукопро-вода, а также управлять характеристиками устройств поэтому большинство устройств выполняется на ПАВ. [c.53]

Для возбуждения и приёма объёмных волн в А. используются пьезоэлектрические преобразователи пье-зоэлектрич. пластинки (на частотах до 100 МГц), пьезополупроводниковые преобразователи с запирающим или диффузионным слоем (в диапазоне частот 50 —300 МГц), плёночные преобразователи (на частотах выше 100 МГц). Гиперзвуковые волны часто возбуждаются с поверхности пьезоэлектрич. звукопровода, торец к-рого для этих целей помещают в зазор СВЧ-резонатора или замедляющую СВЧ-систему. Для возбуждения и приёма ПАВ используются гл. обр. встречно-штыревые преобразователи (рис. 1, а), представляющие собой периодич. структуру металлич. электродов, нанесённых на пьезоэлектрич. кристалл. [c.53]

При Мандельштама — Бриллюэна рассеянии механизм взаимодействия света с тепловыми колебаниями кристаллич. решётки (тепловыми фонопами) является таким же, как и для рассмотренного выше случая дифракции света с искусственно возбуждённым Г. (когерентными фонопами), однако в этом случае свет рассеивается во всех направлениях. При достаточно больших интенсивностях, когда напряжённость электрич. ноля в падающей световой волне 10 —10 В/см, это поле может влиять на гиперзвуковую волну, нак-рой происходит рассеяние, обеспечивая непрерывную под. качку в неё энергии. В результате происходит генерация интенсивного Г.— т. н. вынужденное рассеянпе Мандельштама — Бриллюэна. [c.478]

ПЛЕНКА МАГНЙТНАЯ — см. Магнитная плёнка. плёночный ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — магнито-стрикционный преобразователь или пьезоэлектрический преобразователь в виде тонкой плёнки, к-рый используется для генерации и приёма гиперзвуковых волн в твёрдых телах. [c.636]

Электрострищыя является преобладающим механизмом Ф. я. в прозрачных диэлектриках при достаточно высоких частотах. С злектрострикционными Ф. я. связан такой важный для нелинейной оптики эффект, как вынужденное Мандельштама — Бриллюэна рассеяние, к-рое возникает при достаточно высокой интенсивности света и сопровождается генерацией интенсивной гиперзвуковой волны. [c.342]

Из условия синхронизма следует, что при ВРМБ происходит сдвиг частоты света на частоту гиперзвука Qp. зависящий от угла, падения света з и скорости гиперзвуковой волны V/. [c.159]

С явлением рассеяния звуковых волн на неоднородностях коэффициента преломления, вызванными атмосферной турбулентностью, мы уже встречались (см. стр. 238). Теперь же обратимся к рассеянию света на неоднородностях, вызванных распространением гиперзвуковых волн в жидкостях. Рассеяние света — очень распространенное физическое явление и с ним приходится встречаться очень часто. Мы видим луч прожектора в темноте ночи благодаря рассеянию света в атмосфере, видим лучи солнца, проходящего через щели в комнату. Как прожекторный луч, так и солнечные лучи, проходящие через щели, могут быть видны сбоку. Здесь мы имеем дело с так называемым макрорассеянием, т. е. рассеянием, происходящим из-за имеющихся в воздухе небольших твердых частичек, размеры которых [c.299]

Верхний предел частот ультразвуковых колебаний ограничивается частотами 108—109 г и, таким образом, граничит с гиперзвуковыми волнами, про-стирающжмися до частот порядка 10 гг . [c.286]

Высокочастотные звуковые волны и в первую очередь поверхностные рэлеевские способствовали рождению целой особой области науки и техники — акустоэлектроникн, лежащей на стыке высокочастотной акустики и электроники твердого тела. Акустоэлектроника изучает процессы и явления, связанные с возбуждением, распространением и приемом ультра- и гиперзвуковых волн различных типов в твердых телах и их взаимодействием с электронами проводимости в кристаллах. В техническом плане акустоэлектроника — это новые типы миниатюрных твердотельных приборов и новые способы обработки информации. Основу акустоэлектроникн составляют поверхностные волны в кристаллах с частотами 10 —10 Гц (длины волн 1000—0,1 мкм). [c.4]

Выведенные ранее формулы остаются справедливыми следует произвести лишь подстановки соответствующих физических величин. В кристаллах и жидкостях при комнатной температуре поглощение акустических волн оказывается много большим, чем поглощение световой волны в прозрачной среде. Типичное значение коэффициента поглощения для гиперзвуковой волны Ог при температуре 300° К на частоте 10 гц составляет 400 сж величина аг возрастает как квадрат частоты. Поглощение же света характеризуется коэффициентом а < 0,1 СЛ1 . Следовательно, можно ожидать усиления рассеянной световой волны с частотой соз- Рассеяние Мандельштама — Бриллюэна во многом похоже на комбинационное рассеяние света. Действительно, в элементарном акте рассеяния квант частоты лазера (оь поглощается, световой квант частоты со = соь — соак излучается, а акустический фонон Йсоак = из-за сильного затухания звука в среде поглощается. Легко видеть, что если величина аг постепенно уменьшается до значения, сравнимого с величиной аз, характер процесса рассеяния изменяется. При больших аг это процесс типа комбинационного рассеяния, где усиливается в основном рассеянная световая волна, а при малых а — процесс параметрической генерации одновременно обеих волн — акустической и световой. Экспериментально последний режим можно реализовать путем охлаждения кристалла до температуры жидкого гелия, при которой величины аг и аз оказываются сравнимыми. [c.161]

Для маловязких жидкостей диапазон частот акустических волн, в котором можно исследовать с и а, в настоящее время простирается до 10 Гц, т. е. в жидкостях мы можем прямыми акустическими методами изучать распространение гиперзвуковых волн. Для этого разработан целый ряд методов генерации высокочастотного ультразвука и гиперзвука. К числу таких методов принадлежит и так называемый метод Баранского [131, в котором используется возбуждение и прием упругих волн при помощи резонатора СВЧ колебаний (в резонатор помещают торцы пьезоэлектрического стержня). Применяются также тонкие пьезоэлектрические и пьезополупроводниковые пленки [14, 151. [c.44]

Практически это осущёствляется следующим образом. В ферромагнитном материале с помощью СВЧ резонатора возбуждается спиновая волна, которую на гиперзвуковых частотах возбудить проще, чем звуковую. Если напряженность постоянного магнитного поля уменьшается в направлении распространения, то значение k спиновой волны будет расти и в соответствии с рис. 14.4 волна из спиновой в конце концов превратится в звуковую. Подобным же образом можно осуществить и прием гиперзвуковой волны 111, 121. [c.378]

При взаимодействии акустич. волн с электронами происходит передача импульса от когерентного потока фононов (т. е. гиперзвуковой волны) газу электронов проводимости. Каждый фонон, взаимодействуюш ип с электроном, передаёт ему импульс fna/ (u) и с — круговая частота и скорость звука соответственно, h = =/г/2я, где h — Планка постоян- [c.40]

Область частот Г. соответствует частотам электромагнитных волн дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов (т. н. сверхвысоким частотам — СВЧ). Частоте 10 Гц в воздухе при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре соответствует длина волны Г. 3,4 10 см, т. е. одного порядка с длиной свободного пробега молекул в воздухе при этих условиях. Упругие волны могут распространяться в среде только при условии, что их длины заметно больше длины свободного пробега в газах или больше межатомных расстояний в жрщко-стях и твёрдых телах. Поэтому в газах (и, в частности, в воздухе) при нормальном атмосферном давлении гиперзвуковые волны не распространяются. В жидкостях затухание Г. очень велико и дальность распространения мала. Сравнительно хорошими проводниками Г. являются твёрдые тела в виде монокристаллов, но гл. обр. при низких темп-рах. Так, напр., даже в монокристалле кварца, отличающемся малым затуханием упругих волн, продольная гиперзвуковая волна с частотой 1,5 10 Гц, распространяющаяся вдоль оси X кристалла при комнатной темп-ре, ослабляется по амплитуде в 2 раза на расстоянии всего в 1 см. В монокристаллах сапфира, ниобата лития, железо-иттрие-вого граната затухание Г. значительно меньше, чем в кварце. [c.86]

До того как стало возможным получать Г. искусственным путём, изучение гиперзвуковых волн и их распространение в жидкостях и твёрдых телах проводилось гл. обр. оптич. методом, основанным на исследовании рассеяния света на Г. теплового происхождения. При этом было обнаружено, что рассеяние в оптически прозрачной среде происходит с образованием нескольких спектральных линий, смещённых относительно частоты падающего света на частоту Г. (т. н. М анделъштама — Бриллюэна рассеяние). Исследования Г. в ряде жидкостей привели к открытию в них зависимости скорости распространения Г. от частоты (см. Дисперсия скорости Звука) и аномального поглощения звука на этих частотах. Изучение Г. теплового происхождения рентгеновскими методами показало, что тепловые колебания атомов в кристалле приводят к диффузному рассеянию рентгеновских лучей, размазыванию пятен, обусловленных взаимодействием рентгеновских лучей с атомами, и к появлению фона. По диффузному рассея- [c.87]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...