Lamb波基于剪切干涉的激光超声缺陷检测(3)

菜单

2.1 激光超声的激发机理

在气体中由激光激发超声波主要有三种方法：气体吸收光能后通过无辐射弛豫过程产生超声波；在气体中发生光击穿产生；由一固体表面吸收光能后产生一热流流入相邻的气体而激发产生。在液体中激光激发超声波的机理主要有：极化液体在激光激发下产生电致伸缩；液体吸收光能而发生的热膨胀；以及液体的光击穿或形成等离子体等均能产生超声波，这当中光击穿产生超声波的效率最高。一般情况下，固体中激光激发超声的机理有两种即热弹机制和烧蚀机制。本文主要对固体材料中的超声波进行研究，因此重点讨论激光在固体中激发超声波的机理。

所谓的热弹机制是指当入射激光功率密度低于固体表面的损伤阈值，所产生的热量不足以使表面熔化，样品内的超声波脉冲由样品吸收激光能量发生热弹性膨胀产生。热弹机制下，照射到样品表面的脉冲激光，一部分能量被样品表层吸收，一部分被样品反射。一般情况下，为了提高激光超声的效率会在样品表面涂上涂层，以此来增加表面的光吸收（通常用于金属表面）。吸收光能的表层部分，温度上升，发生热膨胀，膨胀后样品发生形变。这时的热膨胀形变与介质所吸收的能量成正比。由于入射光波为脉冲形式，样品表层的形变也是周期性的，周期形变在周围的介质中激发了超声波。这种情况下激发得到的波的偏振方向与表面平行，并且当金属表面为自由表面时，主要的应力与表面平行，与表面垂直的应力很小