ASF模式楔波的国内外研究现状进展

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激光超声研究进展19世纪早期，Bell就发现了光声现象，当液体、固体和气体受强光照射时，体积膨胀；若光强收到调制，物质的伸缩就会产生声波，另外，强光照射还会引起样品的热效应，这里合称为光声光热效应[6]。20世纪60年代，激光技术的不断发展，逐渐被引入光声领域。最早是1963年，White[7]提出了用脉冲激光在固体中激发超声的方法。同年，White还演示了固体靶由于吸收激光、微波、电子束等辐射脉冲而产生弹性波的实验，不久又演示了用红宝石激光器激发，用梳状换能器接收表面波的实验，这标志着激光超声技术的开始。67116

20世纪70-80年代，激光超声激发机制、模式和方法以及激光超声技术的应用的研究快速发展，大量学者展开了这方面的研究。1976年俄罗斯的Bondarenko[8]等将应力波脉冲和Michelson干涉仪结合，首先将激光超声技术用于材料试验。1979年Ledbetter[9]等最先检测到激光可一次激发同时产生的纵、横波和表面波。1980、1982年Scruby[10]、Dewhurst、Hutchins等对热弹条件下产生的超声波做了定量测量，分别用正交力偶、垂直力偶解释了热弹条件和融蚀条件下的激发现象，可以说奠定了热弹条件下激发弹性波的实验和理论基础。

国内对于激光超声的研究也做了大量的工作。2002年钱梦騄等人[11]利用激光超声技术对圆柱体表面波及其在表面应力状态的检测方面作了讨论。2006年，沈中华运用激光激发声表面波，对金刚石薄膜的力学特性进行了研究[12]。沈中华等对激光声表面波展开了广泛的理论和实验研究，理论上通过有限元方法研究了融蚀机制下双层结构系统中的声表面波[13]，对激光激发的近场声表面波进行了数值模拟[14]，还对激光激发的热弹应力场等进行了数值模拟[15]。论文网

2 ASF模式楔波的国内外研究进展

对于激光激发楔波的研究，科学家先从理论入手，随后建立理论模型。基于经典平板理论，采用不同的数学方法来解决楔形波传播问题，尤其是楔形波速度的表达。以Mckenna[16]为代表，对小角度的楔体，提出了薄板近似理论，推导出弯曲楔形波的频散关系，接着Thurston和Mckenna进一步研究了ASF模式的楔形波，得出了楔形波速度的表达式。经典平板理论用于解决楔形波问题被众多科学家认可，据此得出的弯曲楔形波的速度与有限元方法计算的值一致，但是不管是测量的速度还是有限元方法计算的速度均比Kirchhoff的平板理论预测的值要小。以Krylov[17-18]为代表的科学家，提出了几何声学理论，首先在空气中研究了ASF模式楔形波的传播理论，之后又发展了该理论，将其运用于液体中，但是几何声学理论也只适合于小角度的楔体的研究，当楔体角度大于30°时，该理论是不确切的。Krylov计算了液体中弯曲楔形波的速度，研究了液体载荷效应对弯曲楔形波速度的影响，分别对埋于液体中的轻金属（固体、液体密度近似相等）和重金属（固体密度远远大于液体）进行了讨论。对于轻金属，Krylov推出了液体中楔形波速度的解析表达式，以树脂玻璃为例，将其埋于水中，得出的测量值和理论值相符；对于重金属，如铝、黄铜等，将其置于水中时，无法推出其中楔形波的速度解析表达式，只能通过数值方法解，此时几何声学理论存在很大的缺陷。由此可见，所有的理论模型还存在着局限性，如Mckenna的理论只能解决小角度楔体中ASF模式楔形波的传播问题，Krylov提出的几何声学理论也只适用于小角度，而且把该理论运用于液体中，对于铝、黄铜等重金属的材料，无法确切的得出液体中楔形波传播速度的解析表达式。还有一些科学家，如Hladky Hennion[19]、Pile[20]等通过有限元理论，分别研究了埋没于液体中的楔体和两楔体组合件上传播的ASF模式楔形波。当然，围绕弯曲楔形波，还有一些相关的理论研究。一些科学家针对不同的楔体采用了不同的理论方法如虚拟元技术、Ray-Integral 、时域分析等方法来研究楔形波，另外一些科学家考虑到锋利的楔体顶端的散射问题，从理论上对楔体顶端的散射问题进行了分析。