- 上一篇：激光冲击波技术用于生物医学上的研究现状
- 下一篇：检测激光超声的散斑技术国内外研究现状综述
真正意义上的非接触、宽带的超声检测方法是光学法[8]。随着激光技术的发展，脉冲激光激发超声波成为非接触激发超声的有效手段。而后光激发和光检测结合成为非接触激发和检测的全光学方法，使用于高温高压等特殊环境下的分析和测试。它主要分为干涉法和衍射法。干涉法已经较为完善，但有应用的局限性，衍射法更具普遍性，目前正在快速发展。而前者又分为线性和非线性干涉仪。
3 激光超声表面波在无损检测中的应用
当固体有一自由表面时，则在介质深度不大的表面层中形成一种特殊的波，它沿固体中自由表面传播，而振幅随深度的增加迅速衰减，因此称为表面波。它是由英国物理学家Rayleigh在1885年提出，因此也称瑞利波。它是由媒质的弹性形变诱发材料内部的应力应变所产生，只在厚度远大于其波长的物体表面层上传播。在弹性体材料中，纵波和横波相互独立分别以不同的速度传播，而声表面波是纵波与横波模式在材料表面相互耦合的结果，位移轨迹为一椭圆，振幅随深度的增加衰减很快，离表面一个波长以上的地方的振动幅度已很微弱。Rayleigh波的传播速度比横波的速度约慢5到13％。
声表面波沿表面传播，他们与材料表层相互作用相当明显，且具有无色散、不易衰减等特征；在其传播过程中遇到表面或近表面缺陷时，部分声波在缺陷处仍以表面波的形式被反射，并沿物体表面返回。利用这一特性，声表面波是测定近表层性质的理想方法，可用于表面或亚表面缺陷检测。极短的激光脉冲可以激发出极短的超声脉冲，大大提高探测微小缺陷的能力，广泛应用于高精度的无损检测。激光源十分灵活，可以方便移至缺陷近场区域，因而为研究近场声表面波与缺陷相互作用提供了便利。
上世纪70年代末80年代初，美国西北大学Achenbach等人采用射线理论(Raytheory)详细地研究了声表面波经过表面缺陷时形成的衍射及散射声表面波在样品表面产生的位移信号。Tuan与Kawasaki及Simon等人采用边界扰动技术模拟了瑞利波在表面缺陷附近发生的透射与反射的物理过程。Portz等从理论上分析了声表面波在平板端面发生的反射、透射及模式转化的能量比例与其对应频率的关系。这些早期的理论研究为利用超声技术对材料进行无损检测提供了重要的理论依据。
Viktorov从实验上检测了沿铝板表面传播的瑞利波，遇到表面缺陷时发生的散射过程，并提出通过计算瑞利波的反射与透射系数作为判断缺陷深度的依据；同时还指出有部分瑞利波的能量在表面凹痕附近发生模式转变，以体波模式向材料内部传播，从而导致瑞利波的反射系数与透射系数失去了原有的互补性。Tittmann等利用短波长的瑞利波探测了表面微小缺陷；Domarkas等观测了声表面波在表面缺陷附近形成的反射回波，并选取对应于单一频率成分的散射角及反射系数定量描述表面缺陷对声表面波的影响，作为判定缺陷尺寸和形状的依据。Hirao与Fukuoka利用压电换能器激发和接收，研究了声表面波中各种频率成分的反射和透射系数与表面缺陷深度的对应关系。L．J．CraIle等研究了低频弹性波在遇到平板中的缺陷后发生的散射过程，利用反射系数定量描述缺陷特征对超声信号的影响。Bernstein等利用激光激发和电磁声换能器接收，观测了声表面波遇到缺陷后发生的散射过程，并将得到的时域信号进行了傅里叶变换，从而利用频谱特征定量检测缺陷。
声表面波由于对表面和亚表面缺陷的高度敏感，非常适宜材料表面和亚表面缺陷