Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

злекочпне преобразователи. Применяют пленки и иа хогпотоетрикоиоппмх хотероалов, напр. из никеля или пермаллоя. Испольауется такясе метод возбуждения Г, с поверхности диэлектрнч. пьеэоэлектрич. кристалла, отличающийся от методов, применяемых на УЗ-вых частотах. Кристалл помещается торцом в СВЧ злектрич. поле (в большинстве случаев — в объемный резонатор), и вследствие граничного скачка диэлектрич. проницаемости на его поверхности появляются заряды, . меняющиеся с частотой поля и сопровождающиеся переменной пьезоэлек- трич. деформациеи. Зта деформация распространяется затем в влде про- дольнои или сдвиговои упругои волны (тип волны зависит от направления напряженности поля относительно поверхности кристалла). Аналогично возбулсдается Г.

с поверхности магинтострикционных кристаллов, только в этом случае торец кристалла помещается в СВЧ магнитное поле и для получения той же частоты упругой волны, что н частота поля, требуется дополнительное постоянное магнитное поле. Основные трудности методов генерации и приема Г. состоят в малой эффективности преобразования электромагнитной анергии в акустическую. При распространении Г. в кристаллах диэлектриков, не содержащих свободных иосителеи зарцдов, затухание звука происходит в результате его взаимодействия с тепловыми фо- ионами. Характер атого вэаимодейст- гипкээиук вия, а следовательно, и характер затухания зависят от частоты распространяющихсн волн.

Если частота невелика (область УЗ и Г. низких частот), то состояние среды при прохождении упругой волны меняется так медленно, что тепловая волна аатухает прежде, чем успевает провзаимодействовать с упругой волной. Поэтому в этом случае только нарушается равновесное распределение тепловых фононов, к-рое аатем восстанавливается благодаря случайным неупругим столкновениям их между собой: в результате происходит потеря энергии волны.

Т. о., поглощение звука зависит от частоты столкновений между тепловыми и когеревтнмми фононами. В случае высоких гиперзвуковых частот происходит непосредственное нелинейное взаимодействие Г., искусственно получаемого,и Г. теплового происхождения; когерентные фононы неупругкм образом сталкиваются с тепловымл фонопамн и передают им свою энергию, к-рая идет на возбуждение тепловых фононов я, в конечном счете,превращается в тепло.

При охлаждении кристалла в столкновениях будет участвовать все меньшее число тепловых фононов, т. к. с понижением темп-ры тепловые фононы «вымораживаются», их становится меньше. Соответственно этому затухание УЗ и Г, при понижении темп-ры супгественно уменьшается. Прн распространении 1. в кристаллах полупроводников и металлов, где имеются электроны проводивюсти,кроме взаимодействия Г. с тепловыми фононами, иыеет место взаимодействие Г. с злектронамп (слг.

Вваимодейеолеие ультразвука е елекгаронами нроеодимоегаи). Взаимодействие между когерентными фононами и электронамн становится существенным в области УЗ-вых и особенно в области гиперзвуковых частот в полупроводниках, обладающих пьезозлектрич. свойствами (напр., в кристалле Сйб, в к-ром взаимодействие между фононами и электронами проводимости очень сильно). Если к кристаллу приложить згостояиное злектрич,поле, величина к-рого такова, что скорость злеэпронов будет немного больше скорости упругой волны, то электроны будут обгонять УЗ-вую волну, отдавая ей энергию н усиливая ей, т.

е. будет происходить усиление улынразвука. Если же ско- рость когерентных фононов больше скорости электрона, то фононы отдают свой импульс электронам, создавая постоянную здс в разомкнутом кристалле или постоянный электрич. ток в короткозамкнутом кристалле, т. е. имеет место акуегаозлекгаринеекий згдфект. В атом случае вааимодействие когерентных фононов и электронов приводит к сильному затуханию Г. В металле, где лмеетсн большое количество электронов проводимости, вааимодействие их с гпперзвуковой волной также может возникать за счет возникновения локальных (местных) алектрич.

полей при колебаниях ионов решетки. Так, напр., при прохождении продольной УЗ-вой волны цепочки положительно зарязкенных ионов сп<имаются и растягиваются. Прн этом меняется плотность отрицательно ааряженных электронов и их энергия. После отклонения энергии электронов от ее среднего значения это значение восстанавливается, но не сразу, а в течение иек-рого времени — времени релаксации. Происходящий здесь релаксационный процесс в определенной степени аналогичен релаксацлонпому процессу, к-рый происходит при распространении УЗ-вои волны в диэлектрике (см.

Релаксаэин), з энергия упругих волн также переходит в тепло. Затухание упругих волн в металлах оказывается пропорциональным частоте, нозтому зтот эффект сильно скааывается в области Г. Злектронпый характер затухания упругих волн в ыеталлах проявляется, в частности, в том, что козфф. затухания в сильной степени зависит от внешнего магнитного поля. Изучен»ге затухания Г.

в металлах, обусловленного электронами проводимости, позволяет получить вазкные характеристики металлов (время релаксации, поверхность Ферми, еэнергетич. щель» в сверхпроводннках и др.). Рассматривая взаимодействие Г. с электронами, следует учитывать, что электрон, кроме массы и заряда, обладает еще собстненным механич. ыомевтом (евином) и связанным с ним магнитным моментом, а так»ко орбитальным магнитным моментом. Между орбитальным магнитным моментом и спинам имеет место спин-орбитальное взаимодействие: если меняется наклон орбиты, несколько меняется и иаправ- ГОЛОГРАФИЯ 89 ление спина. Прохождение Г.

подходящей частоты и поляризации может вызывать изменение ызгнитного состояния атомов. Так, Г. частотой — 1019 Гц, распространяясь в кристаллах парамагнетиков, помещенных э магнитное поле напряженностью -1000 Э, может вызвать переход атома с одного магнитного уровня иа другой, сообщан ему определенную энертвю. При этом происходит избирательное поглощение Г. на частотах, к-рые соответствуют возмоксным переходам. Это явление называется акустичвским аарамавнитным резонансом (АПР), оно аналогично электронному парамагнитному резонансу (ЭПР). При помощи АПР оказывается воаможным изучать переходы между такими уровнями атомов в парамагнетнках, к-рые являются аапрещзнными для ЭПР. Испольауя взаимодействие когерентных фононов со спин-орбитальной системой, можно в парамагнитных кристаллах при низких температурах усиливать и генерировать гиперзвуковые волны, пользунсь тем же принципом, на к-ром работают квантовые генераторы.

В магннтоупорядоченных кристаллах (напр., фврромавььвтиках, ферритах) наличие спина, орбитального момента и обменного вааимодействин приводит к тому, что,помимо рассмотренных выше проявлений взаимодействия Г. с веществом, появляется ряд других явлений, где играют роль магннтоупрутие взаимодействия. Так, распространение гиперзвукозой волны выаывает появление азизовой волны, и, наоборот, спиновая волна выаывает появление гиперзвуковой волны. Т.

о., один тип волн порождает дрчтой, поэтому в общем случае в таких кристаллах распространяются не чисто спиновые и упругие волны, а Свнэанные магиитоуирувие валлы. Изучение сиии-фоиоииых вваимодвйвтвий представляет существенный инторес для исследования спин-решбточной релаксации в магнитоупорядоченных кристаллах. В случае спиноэых волн большой, или, как говорят, конечной, амплитуды, воаникают лвлиивйиыв эффекты.

Взаимодействие Г. со светом проявляется, как упоминалось вынве, в рассеянии света на Г. теплового происхождения, но эффективность этого взаимодействия очень мала. Исполь- эуя тазовые лазеры, к-рые обладают болыпой интенсивностью узкой спектральной компоненты света, удается существенно повысить эту эффективность для искусственно получаемого Г. и широко развить оптико-акустич. исследования и области Г. Применив мощный источник света (напр., Гигантский импульс рубинового лазера), можно получить заметное усиление упругой волны падающим светом; при этом происходит перекачка энергии от воабуждающего света гиперэвуковым волнам. В результате моькно генерировать интенсивную гиперзвуковую волну в кристалле мощностью в несколько десятков кВт.

В свою очередь, усиленная упругая волна будет в большей степени рассеивать падающий свет, так что при определенных условиях интенсивность рассеянного света может быть одного порядка с падающим (вынужденное Манделыптама — Бриллюэна рассеяние). Возникающие при распространении Г. периодич. иаменения показателя преломлении среды вызывают дифракцию проходящего света (см. Дифрокзил света иа ультрозвуив), к-рая широко используется в акустике для управления параметрами светового сигнала (см. А аустооитииа).

Т, о., свойства Г. поаволяют исполь зовать его как инструмент исследования состояния вещества. Особенно велико его значение для изучения физики твердого тела. В области техннч. привьенений играет существенную роль нснольэование Г. для акустич. линий задержки в области СВЧ, а также для создания ряда других устройств акувтовлвитроиики и акустооптики. лит.: Физзческак акустика, пол оэл. У. Мэзоза, пер.

с акга., т. 1 — 7, М., 1966— аврээук э физике твердого тела, М., 1975; Магнитная кзазтозая акустика, М., 1977. В. А. Красильников. ГОЛОГРАФИЯ а к у с т и ч ес к а я — интерференционный способ получения иэображения предметов с помощью акустнч. волн.

Характеристики

Список файлов книги