Особенности лазерной генерации волн Рэлея в ферромагнитных металлах в окрестности точки Кюри

Голубев, Евгений Валерьевич

Особенности лазерной генерации волн Рэлея в ферромагнитных металлах в окрестности точки Кюри тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Голубев, Евгений Валерьевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Челябинск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Особенности лазерной генерации волн Рэлея в ферромагнитных металлах в окрестности точки Кюри»

Автореферат диссертации на тему "Особенности лазерной генерации волн Рэлея в ферромагнитных металлах в окрестности точки Кюри"

Контрольный I зкгемиляо

На правах рукописи

Голубев Евгений Валерьевич

ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН РЭЛЕЯ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛАХ В ОКРЕСТНОСТИ ТОЧКИ КЮРИ

Специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Челябинск 2004

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики ЮжноУральского государственного университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ГУРЕВИЧ Сергей Юрьевич.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Защита диссертации состоится 20 октября 2004 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.298.04 при Южно-Уральском государственном университете: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, конференц-зал № 1. Ученый совет университета: тел. (3512) 67-91*23, факс (3512) 63-95-56.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан «_»_2004 г.

БУЧЕЛЬНИКОВ Василий Дмитриевич; кандидат физико-математических наук, доцент НИКИШИН ЮрийАлексеевич.

Ведущая организация - Институт физики металлов Ур О РАН,

г. Екатеринбург.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук, профессор

гоог- 4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

С момента создания оптических квантовых генераторов значительное внимание уделяется исследованию взаимодействия мощного лазерного излучения с конденсированными средами, которое сопровождается генерацией акустических колебаний.

Лазерный (оптико-акустический) метод генерации звука основан на преобразовании энергии электромагнитного излучения оптического диапазона, модулированного во времени, в тепловую энергию. Температурные колебания в среде приводят к возникновению акустических волн. Этот метод, как это следует из названия, находится на стыке важнейших областей физики: акустики, оптики и теплофизики. Лазерный метод генерации ультразвуковых колебаний является наиболее перспективным, экологически чистым и безопасным из числа бесконтактных методов. К достоинствам этого метода следует отнести возможность возбуждения ультразвука с большого расстояния и возможность ввода энергии в любой точке поверхности образца.

Большой интерес к лазерному методу вызван, в первую очередь, уникальными характеристиками возбуждаемых импульсов упругих волн, которые определяются параметрами оптического излучения и свойствами среды. Малая длительность акустических импульсов и непрерывный спектр в достаточно широком диапазоне частоты позволяет использовать их для определения упругих постоянных, дисперсии скорости и затухания, выявления и идентификации неоднородностей, проведения исследований конденсированных сред. Использование данного метода, например в ультразвуковой дефектоскопии, позволяет контролировать изделия с грубой необработанной поверхностью. Также возможен контроль металлоконструкций в процессе эксплуатации, изделий, нагретых до высоких температур или находящихся под воздействием радиации.

Ферромагнитные металлы составляют достаточно большую область материалов, используемых в современном производстве и при проведении научных исследований. Изучение особенностей явления оптической генерации звука в ферромагнитных металлах в высокотемпературной области, содержащей магнитный фазовый переход, позволяет получить новые научные данные о механизмах оптико-акустического преобразования в условиях резкого изменения свойств среды. Поскольку передел металла происходит при температуре, близкой к температуре Кюри, результаты такого исследования будут способствовать созданию и развитию методов неразрушающего высокотемпературного контроля, применение которых на ранних стадиях производства приведет к значительному экономическому эффекту.

Важное место в изучении физики поверхностных явлений, в физике разрушения и ультразвуковых методах неразрушающего контроля, занимают методы, использующие поверхностные акустические волны (ПАВ, волны Рэлея). Это объясняется особенностями, которые отделяют ПАВ от других типов волн: большая

3 • Ы НАЦИОНАЛЬНАЯ

I *М1Л ПОТЕКА

I ¿'ЗД/.

концентрация акустической энергии в приповерхностном слое и быстрое уменьшение амплитуды с глубиной, отсутствие дисперсии и малое затухание при распространении. Поскольку ПАВ избирательно реагируют на дефекты в зависимости от глубины их залегания, с их помощью можно выявлять поверхностные и околоповерхностные дефекты, проводить оценку остаточных напряжений, контролировать состояние, определять термические и механические свойства поверхностного слоя металла. При лазерном возбуждении на долю поверхностных волн приходится большая часть акустической энергии. Характеристики возбуждаемых акустических импульсов определяются пространственно-временной структурой падающего излучения, которой достаточно легко управлять.

Как показывает анализ литературных источников, проведенный автором, к настоящему моменту завершены исследования по лазерной генерации объемных акустических волн в ферромагнитных металлах, находящихся при температуре, близкой к температуре магнитного фазового перехода (точка Кюри). Однако аналогичного исследования для ПАВ проведено не было.

С практической точки зрения исследование параметров ПАВ в ферромагнитных металлах при высоких температурах позволит сделать высокотемпературный контроль универсальным. Станет возможным контролировать изделия любой формы и размеров на различных стадиях производства. Кроме того, для определения упругих постоянных и прочностных характеристик твердых тел акустическими методами, исследования физических свойств твердых тел и дефектоскопии необходимо комплексное использование объемных волн и ПАВ.

Таким образом, возникает задача определения теоретических и экспериментальных особенностей процесса бесконтактной оптико-акустической генерации поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле при магнитном фазовом переходе, соответствующем точке Кюри, Решение этой задачи имеет существенное значение для физики конденсированного состояния и практики, и, следовательно, тема настоящей диссертационной работы представляется актуальной.

Цель работы и задачи исследований

Для достижения цели были поставлены и решались следующие задачи

1. Разработать элементы теории процесса лазерной термооптической генерации импульсов волн Рэлея в ферромагнитных металлах в высокотемпературной области, содержащей магнитный фазовый переход второго рода (т. Кюри).

2. Разработать методику проведения экспериментальных исследований лазерной генерации поверхностных акустических волн в ферромагнитных металлах. Разработать программу, реализующую автоматическую обработку данных, получаемых при экспериментальном исследовании.

3. Экспериментально исследовать зависимости параметров акустических импульсов поверхностных волн, возбуждаемых излучением импульсного лазера в ферромагнитном металле, от энергии оптических импульсов и температуры.

4. Обосновать возможность использования полученных результатов для целей акустического контроля изделий из ферромагнитных металлов.

Научная новизна

1. Впервые теоретически решена задача лазерного термоакустического преобразования для поверхностных акустических волн в ферромагнитных металлах с учетом температурной зависимости коэффициента теплового расширения ферромагнитного металла и конечного значения времени релаксации теплового потока.

2. Рассчитаны характеристики возбуждаемых акустических импульсов поверхностных волн (волн Рэлея) для ферромагнитных металлов, обладающих аномалиями теплового расширения различных типов.

3. Установлено, что наибольшее изменение амплитуды и спектральной функции происходит при приближении температуры ферромагнитного пространства к точке Кюри.

4. Разработаны стенд для проведения экспериментальных исследований высокотемпературной лазерной генерации волн Рэлея в ферромагнитном металле и новая методика сбора и анализа экспериментальных данных, использующая видеокамеру и вычислительную технику.

5. Экспериментально определены параметры импульсов поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле в широком температурном интервале, содержащем магнитный фазовый переход (точку Кюри).

Практическая значимость

Полученные результаты могут быть использованы для разработки новых и усовершенствования существующих методов высокотемпературного ультразвукового контроля металлоизделий с использованием импульсного лазерного излучения. Учет нелинейного характера процесса возбуждения упругих импульсов, обусловленного изменением теплофизических параметров ферромагнитного металла в зоне поглощения оптического излучения может служить основой для уменьшения погрешности определения параметров дефектов и характеристик поверхности.

Основные результаты н положения, выносимые на защиту

1. Физическая модель процесса лазерной генерации импульсов поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле в высокотемпературной области, содержащей магнитный фазовый переход второго рода (точка Кюри), учитывающая температурную зависимость коэффициента теплового расширения и конечное значение времени релаксации теплового потока. Выражения для компонент вектора смещений, соответствующих вкладу поверхностных акустических

волн (волн Рэлея) в акустическое поле» возбуждаемое импульсным лазерным излучением в ферромагнитном металле.

2. Результаты расчета зависимости амплитуды и спектральных характеристик возбуждаемых импульсов для ферромагнитных металлов, обладающих аномалиями теплового расширения различных типов, от температуры среды и параметров падающего оптического излучения. Показано, что наибольшее влияние тепловой нелинейности на параметры возбуждаемых импульсов ПАВ наблюдается при температуре ферромагнетика, близкой к температуре Кюри, что обусловлено аномалиями теплового расширения в соответствующей области температуры.

3. Методика проведения эксперимента, сбора и анализа данных. Для ферромагнитного сплава 32НКД экспериментально зафиксирован нелинейный рост амплитуды акустических импульсов при увеличении энергии возбуждающих оптических импульсов и различное относительное изменение амплитуды с температурой при различных значениях энергии оптических импульсов, что согласуются с данными расчета, основанными на реальной температурной зависимости коэффициента теплового расширения образца.

4. Показана необходимость учета тепловой нелинейности при разработке и усовершенствовании методик высокотемпературного неразрушающего контроля ферромагнитных изделий, что может уменьшить погрешность в определении характеристик поверхности и параметров дефектов.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях

1) XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий кон» троль и диагностика», г. Санкт-Петербург, 2002 г.

2) XXI Уральской региональной конференции «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами», г. Тюмень, 2003 г.

3) XXIII Российской школе по проблемам науки и технологий, г. Миасс, 2003 г,

4) XXX Международной зимней школе физиков-теоретиков «Коуровка», г. Кыштым, 2004 г.

5) XXII Уральской конференции по неразрушающему контролю «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами», г. Челябинск, 2004 г.

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в б статьях и 4 тезисах докладов, список которых приведен в конце автореферата.

Структуре в объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 149 источников. Полный объем диссертации 150 страниц, включая 46 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи диссертации, характеризуется новизна, научная и практическая значимость результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту и дана краткая характеристика основных разделов.

Первая глава представляет собой обзор работ, посвященных термооптическому возбуждению ультразвука в металлах, состоящий из трех частей. В первой части литературного обзора анализируется состояние теоретических и экспериментальных исследований по термооптической генерации ультразвука в немагнитных и ферромагнитных металлах, находящихся при комнатных температурах, в рамках теплового механизма, связанного с нестационарным нагревом среды, температура которой остается ниже температуры плавления. Показано, что теоретические исследования оптико-акустического эффекта в металлах базируются на динамической теории термоупругости. Отмечается, что теоретические представления развиты для случая, когда теплофизические параметры среды не изменяются в процессе поглощения оптического импульса и генерации ультразвука. Основные черты теплового механизма оптической генерации звука в металлах описываются в рамках линейной модели, в которой интенсивность оптоакустических источников пропорциональна повышению температуры в области поглощения оптического излучения. При увеличении энергии лазерного импульса становятся заметными изменения теплофизических параметров среды и процесс преобразования электромагнитной энергии в акустическую становится нелинейным даже в рамках теплового механизма, когда температура в области поглощения оптического импульса остается ниже температуры плавления вещества.

Во второй части главы приведен обзор ряда работ, посвященных нелинейным режимам возбуждения ультразвуковых волн лазерным импульсом в металлах. Показано, что в неферромагнитных металлах наибольшее влияние на характеристики возбуждаемых акустических импульсов объемных волн обусловлено изменением коэффициента отражения электромагнитного излучения при изменении температуры металла. При возбуждении импульсов объемных упругих воли в ферромагнитном металле вблизи высокотемпературного магнитного фазового перехода с помощью лазерных импульсов определяющей является температурная зависимость коэффициента теплового расширения металла.

Третья часть обзора литературы по лазерной генерации акустических волн в металлах посвящена исследованиям процесса оптоакустического преобразования в поверхностные акустические волны, а также приложению лазерно-возбуждаемого ультразвука к неразрушающему контролю, акустической микроскопии и определению физических свойств упругих твердых тел. Показано, что нелинейные режимы генерации поверхностных акустических волн в случае ферромагнитных металлов не исследованы.

В результате проведенного анализа сделаны выводы, приводящие к формулировке цели и постановке основных задач настоящей диссертации.

Вторая глава посвящена разработке элементов теории процесса лазерной термооптической генерации импульсов волн Рэлея в ферромагнитных металлах в высокотемпературной области, содержащей магнитный фазовый переход второго рода (точка Кюри).

В начале главы формулируются положения физической модели лазерной генерации звука, происходящей за счет термоупругого эффекта. Рассматривается однородное ферромагнитное полупространство, на границе которого происходит поглощение оптического импульса. Предполагается, что в материале не происходит фазовых превращений, сопровождающихся выделением или поглощением энергии. Если температура полупространства превышает температуру магнитного фазового перехода, то полупространство становится парамагнитным и аномальность термоупругих свойств среды в окрестности точки Кюри учитывается температурной зависимостью коэффициента теплового расширения. Задача генерации упругих волн в твердом теле сводится к несвязанной задаче динамической теории термоупругости: определить вектор деформации для поверхностных акустических волн по заданному закону распределения тепловых источников и известной температурной зависимости коэффициента теплового расширения среды.

Для возбуждения ультразвука обычно используют импульсные лазеры, излучающие оптические импульсы длительностью порядка №"' с и -меньше. Поскольку глубина проникновения электромагнитного излучения значительно меньше глубины проникновения температурного поля за время действия оптического импульса, то можно считать, что поглощение энергии происходит непосредственно на облучаемой поверхности металла.

Первый этап решения задачи о генерации импульсов ПАВ сводится к расчету температурного поля в ферромагнетике. Была выбрана цилиндрическая система координат, в которой ось г направлена по нормали к поверхности вглубь среды, г

- расстояние от оси г. Введены следующие обозначения для параметров среды: А

- коэффициент поглощения оптического излучения; а - коэффициент температуропроводности, Д, - теплопроводность среды, I, - время релаксации теплового потока. Распределение температуры в полупространстве удовлетворяет уравнению теплопроводности

8гТ 1 дТ ( дгТ^ 1 оТ | {,д7Т дгг г 8г 8гг а д1 а й2

(1)

и граничному условию

где ¡(г,0 - распределение интенсивности в лазерном пучке, I - время.

Для вектора деформации было использовано представление Ламэ через потенциалы упругих смещений. В рассматриваемом случае осесимметричной деформации для проекций вектора деформации получаем

и ЁК и ^У ^

ёг ёг' ' дг ёг г'

где Ф - скалярный потенциал, у/ - «каляр, представляющий собой отличную от нуля компоненту векторного потенциала.

Для определения потенциалов решается система уравнений:

дгФ 1 ёФ д2? I дгг *гВг* & ~с1 dt

IBp v 5V 15V.» дг1 +7аГ~7 Vc? а* ~0, ( )

где/(г, г, t) = (3 - 4у')ат(Т^+Т)-Т(г, г, t), у - cyfci, с\, с% - скорости распространения продольных и поперечных волн соответственно, Го - равновесная темпера гура, ат(Т) - коэффициент теплового расширения.

Система уравнений (4) и (5) дополняется граничными условиями, задающими механические напряжения ал на свободной поверхности полупространства (г = 0) и условиями ограниченности потенциалов на бесконечности:

*«L-'«L*a4-M.-HM.at0- <6>

Решение системы уравнений термоупругости, получаемое с помощью интегрального преобразования Фурье-Бесселя, представляет собой суперпозицию волн разных типов. Рассматривается только вклад, соответствующий волнам Рэ-лея, распространяющихся вдоль границы полупространства:

)л л »

иг(а) = г~» (7)

«У»* ->2 2 в

и/г,0 = (8)

2хсгсяк

где сц - скорость распространения волн Рэлея, со - круговая частота, Л и ^ -функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков соответственно,

* 2 > I - 7 , . - -

(9)

•л

(10)

- функция, связывающая спектр импульса ПАВ с пространственно-временной формой оптического импульса и зависимостью коэффициента теплового расширения от температуры. Действительная часть полученных выражений (7) и (8), описывает нелинейный поверхностный отклик среды на действие импульса оптического излучения.

В третьей главе приведены численные исследования процесса оптико-акустического преобразования поверхностных акустических волн в ферромагнитных металлах. Рассмотрен практически важный случай распределения интенсивности в лазерном импульсе в виде функции Гаусса:

где Ж - энергия импульса, - д лительность лазерного импульса, - радиус лазерного пятна на поверхности.

Для анализа выражений, полученных во второй главе, с помощью ЭВМ и методов численного интегрирований были построены графики зависимости амплитуды (размах) возбуждаемых акустических импульсов от величины энергии оптических импульсов и температуры ферромагнитной среды. Также исследовались параметры спектральной плотности.

Расчет параметров возбуждаемых акустических импульсов в металлах проведен для четырех возможных случаев температурной зависимости: практически постоянное значение коэффициента теплового расширения (алюминий), монотонный рост без особенностей в районе точки Кюри (32НКД) и зависимости, имеющие характерные «ферромагнитные» аномалии теплового расширения противоположных знаков (никель и железо).

Показано, что учет изменения коэффициента теплового расширения приводит к отклонению от прямой пропорциональности между амплитудой и энергией оптического импульса. На рис. 1 представлены расчетные зависимости амплитуды (размах) от величины среднего теплового потока р, которая рассчитывалась по формуле

(И)

1С

где (о = 15 НС. Расчет основан на реальной температурной зависимости коэффициента теплового расширения образца из сплава 32НКД, который был использован при проведении экспериментальных исследований. Спектр возбуждаемого акустического импульса, по сравнению с результатом расчета в линейном приближении, расширяется, максимум спектральной функции смещается в область более высоких частот, что соответствует уменьшению длительности акустического импульса. Это объясняется следующим образом. Интенсивность оптико-акустических источников, в случае учета тепловой нелинейности, пропорциональна не повышению температуры Т (и ее градиенту) в зоне поглощения, а определяется произведением атТ. При монотонном росте коэффициента теплового расширения с температурой эффективный радиус зоны возбуждения уменьшается, а при монотонном убывании - увеличивается. Это объясняет смещение максимума спектральной функции и появление высокочастотных спектральных компонент в акустических импульсах, возбуждаемых в ферромагнитном сплаве 32НКД. В случае никеля и железа линейная теория хорошо предсказывает характеристики возбуждаемых акустических импульсов, если металлы находятся при температуре ниже или выше точки Кюри. Максимальное расчетное отклонение от результатов, полученных с помощью линейной теории, не превышает 25% по амплитуде. В окрестности магнитного фазового перехода особенности зависимости коэффициента теплового расширения вносят значительный вклад в параметры импульсов поверхностных акустических волн-

Рис. I. Расчетные зависимости амплитуды г-состашмюшей вектора деформации от величины среднего теплового потока (32НКД, Го « 300 К) для различных / —0,5; 0,75; ^ -1,0

Рис. 2. Расчетные температурные зависимости относительной амплитуды г-составляющей вектора деформации при различных величинах среднего теплового потока (32НКД, Л» « 1,0 мм): / - ОД; 2 -и; * - 1А 4 - 2А 5 - 2,6; б - 53 МВт/см3

На рис. 2 приведены температурные зависимости амплитуды импульсов волн Рэлея для сплава 32НКД для различных значений энергии поглощаемых оптических импульсов. При малых значениях энергии оптических импульсов температурные зависимости амплитуды упругих импульсов следуют ходу кривой

где То - температура среды. При увеличении энергии, особенности, соответствующие температуре фазового перехода, смещаются в область более низких температур. При достаточно больших энергиях оптического импульса температурные зависимости приобретают более сглаженный вид. Этот эффект объясняется следующим образом. Наибольшее изменение коэффициента теплового расширения соответствует точке Кюри ферромагнетика. Особенности функции распределения источников звука располагаются в окрестности изотермы, соответствующей температуре магнитного фазового перехода, которая в случае большой энергии быстро перемещается по зоне возбуждения, не создавая значительного вклада в возбуждаемое акустическое поле. Амплитуда сигнала, в этом случае, определяется «средним» значением коэффициентом теплового расширения за время действия оптического импульса.

В конце третьей главы, на основе анализа результатов расчета, делается вывод о целесообразности проведения экспериментальной проверки положений теории на образце из сплава 32НКД. Выбор обусловлен низким значением температуры Кюри (220 °С) и значительным изменением коэффициента теплового расширения при нагревании ферромагнетика, что позволяет наблюдать эффект влияния нелинейности данного типа без маскировки эффектами, связанными с изменением других теплофизических параметров металла с температурой.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям оптико-акустического преобразования ПАВ в ферромагнитном металле.

В первой части главы представлена схема экспериментальной установки, дано описание используемого оборудования и методики обработки экспериментальных данных. Возбуждение акустических импульсов осуществлялась с помощью излучения импульсного YAG: Ndî+-Jia3epa, работающего в режиме активной модуляции добротности, излучающего световые импульсы длительностью 30 не с частотой следования 12,5 Гц. Длина волны лазерного излучения составляет 1,06 мкм, максимальная энергия импульса 300 мДж. Мощность лазерного излучения регулировалась оптическим аттенюатором и контролировалась измерителем мощности ИМО-2Н. Аттенюатор выполнен в виде набора параллельных стеклянных пластин, расположенных под небольшим углом х лучу лазера. Размер лазерного пучка задавался набором диафрагм с диаметрами отверстий от 0,5 до 6,0 мм. Исследуемый образец, моделирующий свойства ферромагнитных металлов при их названии, был выполнен из инвара 32НКД. Образец представлял собой прямоугольную пластину размерами 270x60 мм и толщиной 10 мм. Температура ферромагнетика вблизи места возбуждения ПАВ измерялась стандартной хро-мель-алюмелевой термопарой, соединенной с цифровым прибором для измерения температуры Digi-Temper 3527 TDS TSU-RGA. Нагрев образца осуществлялся плоским электронагревателем мощностью 300 Вт, который располагался на неос-вещасмой поверхности образца. Импульсы ПАВ регистрировались приемником ультразвуковых колебаний, усиливались и снимались с осциллографа С1-75 на видеокамеру. Для регистрации ПАВ был изготовлен специальный широкополосный КЛИНОВЫЙ поверхностно-возбуждаемый толстый пьезопреобразователь.

(КПВТП) и широкополосный электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП) поверхностных волн. Для обработки видеоизображения, содержащего электрический импульс и цифровую индикацию, была составлена программа, которая позволяла извлекать форму импульса и распознавать значение параметра. Видеокамера в данном случае использовалась в качестве самописца, фиксирующего параметры акустического импульса (амплитуду, длительность, спектральные характеристики) для соответствующей температуры ферромагнетика.

Во второй части главы представлены результаты экспериментального исследования параметров наблюдаемых электрических импульсов, соответствующих импульсам рэлеевских волн при увеличении энергии лазерных импульсов. На рис. 3 представлены экспериментальные зависимости амплитуды (размах) от величины среднего теплового потока. Каждая точка на рис. 3 является средним значением амплитуды для 40-60 импульсов. Для каждого значения приведены доверительные интервалы, в которые попадает 95% значений амплитуды при данной интенсивности оптического излучения. Из представленных графиков видно, что увеличение интенсивности падающего проникающего излучения приводит к отклонениям от прямой пропорциональности в зависимости амплитуды от энергии оптического импульса. Коэффициент поглощения электромагнитной энергии растет с температурой, и это тоже может привести к увеличению амплитуды акустических импульсов. Для того, чтобы сделать окончательный вывод о том, какой тип нелинейности доминирует в ферромагнитном металле, были проведены эксперименты по регистрации акустических сигналов при увеличении температуры ферромагнитной среды.

Согласно результатам расчета (см. рис. 2), меньшее значение энергии падающего на поверхность образца оптического импульса при увеличении температуры образца из сплава 32НКД соответствует большему относительному изменению амплитуды акустического импульса. На рис. 4 и 5 приведены температурные зависимости амплитуды электрических импульсов, полученные при различных интенсивностях падающего излучения при диаметре освещенного пятна на поверхности образца 1,5 мм. На рис. 4 для температуры 230 °С показаны доверительные интервалы, в пределы которых попадает 95 % значений нормированной амплитуды импульсов, пропорциональных нормальной составляющей скорости упругих смещений. Аналогичные интервалы приведены и на рис. 5 для температуры 270 °С. Из представленных данных следует, что при увеличении величины

средней плотности падающего теплового потока от 1,2 до 12 МВт/см2 наблюдается устойчивое уменьшение максимального относительного изменения амплитуды от 4,5 до 1, что согласуется с выводами теории. Значение падающего теплового потока 12 МВт/см2 соответствует границе теплового механизма для исследуемого образца при используемом способе обработки поверхности.

В пятой главе обосновывается возможность использования полученных результатов для целей неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных металлов. Показана необходимость учета нелинейных эффектов, происходящих при поглощении оптического излучения и генерации упругих колебаний, для определения оптимальных параметров источника ультразвука и проведении корректного анализа отраженных от дефекта акустических импульсов.

Первая часть главы посвящена выявлению связи размеров области освещенной зоны и спектральными характеристиками возбуждаемых импульсов. Как показано в главах 2 и 3, при поглощении оптического импульса наносекундной дли* тельности на поверхности ферромагнетика, вид спектральной функции возбуждаемых импульсов ПАВ определяется пространственно-временным распределением интенсивности в лазерном импульсе и температурной зависимостью коэффициента теплового расширения материала. Для сред с а? = const теория предлагает достаточно простой способ управления длительностью возбуждаемых импульсов ПАВ - изменение размеров освещенного пятна на поверхности полупространства.

На практике обычно используют акустические импульсы, энергия которых заключена в частотном интервале 0,5-10 МГц. Более высокие спектральные компоненты быстро затухают при распространении звука в металле, Для возбуждения ультразвуковых ПАВ в указанном частотном диапазоне необходимо использовать импульсное оптическое излучение с радиусом пятна освещения 0,2-3 мм. Резуль-

таты расчета значении частоты, соответствующей максимуму спектральной плотности, от радиуса представлены для сплава 32НКД на рис. 6. Как видно из рисунка, в случае постоянного значения коэффициента теплового расширения среды должна наблюдаться линейная зависимость в координатах частота-Яо"1. Отклонения от прямой пропорциональности наблюдается при учете тепловой нелинейности. Частота, соответствующая максимуму спектральной плотности вклада нелинейных источников, выше в 1,5-3 раза соответствующей частоты вклада источников, интенсивность которых пропорциональна избыточной температуре. При изменении коэффициента теплового расширения, сравнимом с его значением, вклад нелинейных источников доминирует, и центр тяжести спектральной функции смещается в сторону более высоких частот. Рис. 6 показывает, что существенные изменения в акустическом спектре происходят при превышении температуры в зоне возбуждения над значением температуры Кюри ферромагнетика.

Во второй части главы рассмотрены спектральные характеристики падающих и отраженных акустических импульсов от модели дефекта, в виде неглубокой прямоугольной канавки.

На простом и практически важном примере продемонстрировано, что, если параметры возбуждаемых ультразвуковых ПАВ в ферромагнитном металле оценивать с помощью линейной теории, тогда данные наблюдений (особенно при использовании резонансного приемника) могут быть интерпретированы неверно, что приведет к увеличению доли отбракованных изделий или неверной оценке физических параметров материала исследуемого образца.

Показана необходимость использования нелинейной теории термооптического возбуждения звука в ферромагнитном металле для расчета параметров возбуждаемых, падающих и отраженных импульсов. Это увеличит надежность результатов анализа информации, получаемой при проведении процедуры контроля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе физической модели процесса лазерной генерации звука, происходящей за счет термоупругого эффекта и учитывающей температурную зависимость коэффициента теплового расширения и конечность значения времени релаксации теплового потока, методами интегральных преобразований решена ди-

намическая задача термоупругости для полупространства и найдены выражения для компонент вектора смещений в волнах Рэлея.

2. Рассчитаны параметры возбуждаемых акустических импульсов для следующих металлов и сплавов: железо, никель и железоникелевый сплав 32НКД. Показано, что наибольшее влияние тепловой нелинейности на параметры возбуждаемых импульсов ПАВ наблюдается при температуре ферромагнетика, близкой к температуре Кюри, что обусловлено аномалиями теплового расширения в соответствующей области температуры.

3. Разработана и собрана установка для проведения экспериментальных исследований по высокотемпературной лазерной генерации и приему ультразвуковых поверхностных волн с помощью широкополосных пьезопреобразователя и ЭМАП поверхностных волн. Разработана новая методика сбора и анализа экспериментальных данных, которая основана на использовании видеокамеры и вычислительной техники. С ее помощью зафиксированы видеоимпульсы, регистрируемые пьезопреобразователем и ЭМАП поверхностных волн в ферромагнитном металле при различных температурах, а также определены амплитуды и рассчитаны спектральные функции наблюдаемых импульсов.

4. Проведены эксперименты по определению параметров ультразвуковых импульсов поверхностных волн, возбуждаемых импульсным лазерным излучением в ферромагнитном металле. Образцом, моделирующим свойства ферромагнитных металлов при нагревании, служил железоникелевый сплав инварного состава 32НКД. Экспериментально зафиксирован нелинейный рост амплитуды акустических импульсов при увеличении энергии возбуждающих оптических импульсов и различное относительное изменение амплитуды с температурой при различных значениях энергии оптических импульсов. Полученные при экспериментальном исследовании зависимости параметров импульсов волн Рэлея (амплитуда, спектральная функция) от температуры ферромагнетика и энергии оптического импульса согласуются с данными расчета, основанными на реальной температурной зависимости коэффициента теплового расширения образца.

5. Показано, что учет зависимости коэффициента теплового расширения от температуры при расчете параметров акустических импульсов, возбуждаемых с помощью лазера, при разработке и усовершенствовании методик высокотемпературного неразрушающего контроля ферромагнитных изделий может уменьшить погрешность в определении характеристик поверхности и параметров дефектов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Голубев Е.В. Лазерное возбуждение волн Рэлея в ферромагнетиках // ХХГО Российская школа по проблемам науки и технологий. Краткие сообщения. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С 79-80.

2. Голубев Е.В. Возбуждение волн Рэлея лазерным импульсом в ферромагнитном металле // Труды XXIII Российской школы по проблемам науки и технологий. Серия «Итоги диссертационных исследований» - М.: РАН, 2003. - С. 111116.

3. Голубев Е.В., Гуревич С.Ю., Петров Ю.В. Лазерная генерация поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле // ФММ. - 2004. - Т. 97. - № 2. -С. 8-12.

4. Гуревич С.Ю., Голубев Е.В. Лазерное возбуждение поверхностных акустических волн в ферромагнетике при тепловом механизме // Вестник ЮУрГУ, Серия «Математика, физика» химия». - 2003. - №8(24). - С. 54-59.

5. Гуревич СЮ., Петров Ю.В., Голубев Е.В. Экспериментальные исследования по лазерной генерации поверхностных акустических волн в ферромагнетиках // Дефектоскопия. - 2004. - №2. - С. 47-52.

6. Исследование поверхностных акустических волн, возбуждаемых лазерным импульсом в ферромагнетиках при температуре магнитного фазового перехода / СЮ. Гуревич, Ю.В. Петров, Е.В. Голубев, К.Б. Хабиров // Вестник ЮУрГУ, Серия «Математика, физика, химия». - 2002. - №3(12). - С. 71-73.

7. Исследование поверхностных акустических волн, возбуждаемых лазерным импульсом в ферромагнетиках при температуре магнитного фазового перехода / СЮ. Гуревич, Ю.В. Петров, Е.В. Голубев, К.Б. Хабиров // Сборник трудов XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». - Санкт-Петербург, 2002. - С 8-9.

8. Гуревич С.Ю., Петров Ю.В., Голубев Е.В. Лазерная генерация поверхностных акустических волн в ферромагнетиках вблизи магнитного фазового перехода // Тезисы докладов XXIII Российской школы по проблемам науки и технологий. -Миасс:МСНТ 2003.-С24.

9. Гуревич С.Ю., Голубев Е.В. Параметры импульсов волн Рэлея при термооптическом возбуждении в ферромагнитных металлах // Тезисы докладов XXX Международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка». - Екатеринбург-Челябинск, 2004. - С. 85-В.

10. Голубев Е.В., Гуревич С.Ю., Петров Ю.В. Лазерная генерация волн Рэлея в ферромагнетике при магнитном фазовом переходе // Тезисы докладов XXII Уральской конференции по неразрушающему контролю «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами». - Челябинск: Изд-во ЦНТИ,2004.-С.,7

Голубев Евгений Валерьевич

ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН РЭЛЕЯ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛАХ В ОКРЕСТНОСТИ ТОЧКИ КЮРИ

Специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Издательство Южно-Уральского государственного университета

ИД №00200 от 28.09.1999. Подписано в печать 30.08.2004. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд.л. 1. Тираж 80 экз. Заказ 266/316.

УОП Издательства. 454080, г. Челябинск, пр. им. Ленина, 76.

* 7

РНБ Русский фонд

2005-4 14486

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Голубев, Евгений Валерьевич

Введение

1 Анализ современного состояния теоретических и экспериментальных исследований по лазерной генерации ультразвуковых ПАВ в металлах. Обзор литературы

1.1 Термооптическое возбуждение ультразвука в металлах

1.2 Нелинейные режимы возбуждение ультразвука в металлах

1.3 Лазерная генерация волн Рэлея в металлах.

2 Элементы теории высокотемпературной лазерной генерации импульсов ПАВ в ферромагнитных металлах

2.1 Положения физической модели.

2.2 Выражения для вектора деформации на границе полупространства

2.3 Волны Рэлея и анализ полученного решения.

Введение диссертация по физике, на тему "Особенности лазерной генерации волн Рэлея в ферромагнитных металлах в окрестности точки Кюри"

С момента создания оптических квантовых генераторов значительное внимание уделяется исследованию взаимодействия мощного лазерного излучения с конденсированными средами, которое способно переводить вещество в экстремальные состояния, приводить к разрушению твердых тел, а также к формированию упругих напряжений и ударных волн.

Большой интерес к лазерному (оптико-акустическому) методу генерации звука вызван, в первую очередь, уникальными характеристиками возбуждаемых импульсов упругих волн, которые определяются параметрами оптического излучения и свойствами среды. Оптико-акустические источники звука имеют ряд преимуществ перед традиционными излучателями: отсутствие непосредственного контакта, возможность легкого изменения геометрических и энергетических параметров распределения источников звука, возможность создания источников звука, двигающихся с произвольной скоростью. Возбуждаемые лазером акустические импульсы с центральной частотой от весьма низкой до гиперзвука, используются для определения упругих постоянных и акустических параметров вещества, дисперсии скорости и затухания, выявления и идентификации неоднородностей, проведения исследований конденсированных сред и акустической диагностики динамических процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения.

Согласно [22, 58], в настоящее время применяются следующие бесконтактные способы излучения и приема ультразвуковых колебаний: воздушно-акустический, электроискровой, емкостный, электромагнитно-акустический (ЭМА), радиационный (импульсные потоки ускоренных электронов) и лазерный оптико-акустический. Для применения в промышленности лазерный метод возбуждения звука является наиболее перспективным, экологически чистым и безопасным. К достоинствам этого метода следует отнести возможность возбуждения ультразвука на большом расстоянии от объекта контроля, возможность ввода энергии в любой точке поверхности изделия, возможность контролировать изделия с грубой необработанной поверхностью. Также возможен контроль агрегатов в процессе эксплуатации, изделий, нагретых до высоких температур или находящихся под воздействием радиации. Быстродействие и возможность автоматизации, широкий круг контролируемых материалов являются привлекательными сторонами этого метода. Возбуждаемый вследствие быстрого нагрева среды в месте поглощения лазерного излучения акустический импульс, обладает непрерывным спектром в достаточно широком диапазоне частоты, что позволяет существенно повысить разрешающую способность процедуры контроля. Как показывают оценки [15], эффективная полоса частот составляет более 10 ГГц. При мгновенном нарастании плотности теплового потока через границу тела возбуждаются очень короткие акустические импульсы объемных волн с центральной частотой 100 ГГц [19]. Из-за сильного поглощения звука в высокочастотной области, в целях ультразвукового контроля, используют световые импульсы с медленно (1-10 не) нарастающим фронтом [58].

Акустические методы, основанные на применении упругих колебаний и волн в контролируемой среде, занимают очень важное место среди методов неразрушающего контроля и диагностики потому, что прочностные характеристики исходного материала и готового изделия тесно связаны с их свойствами, определяющими процесс возбуждения и распространения механических колебаний. Преимуществом акустических, в частности, ультразвуковых методов является то, что в них применяются колебания очень малой амплитуды, при этом контролируемое изделие не повреждается. Кроме того, ультразвуковые волны обладают способностью при сравнительно невысоких энергиях проникать на значительные, по сравнению с другими видами излучений, расстояния вглубь различных металлов и в значительной мере отражаться от границ раздела сред с различными акустическими свойствами. Благодаря этому, возможен контроль изделия толщиной от долей миллиметра до десяти и более метров, выявление дефектов с малым раскрытием, которые невозможно обнаружить другими методами. Для оценки остаточного ресурса готовых изделий и конструкций в процессе производства и эксплуатации, выявления и характеризации дефектов, исследования физико-механических свойств и измерения параметров твердых тел необходимо использовать и развивать комплекс методов широкополосной неразрушающей ультразвуковой диагностики и дефектоскопии.

Современное производство машин, аппаратов и конструкций, в состав которых входят изделия из ферромагнитных металлов, является сложным, длительным и дорогостоящим процессом. При действующих технологиях низкое качество изделия выявляется на завершающей стадии изготовления машины, аппарата или конструкции, или в процессе их эксплуатации, что приводит к безвозвратной потере материальных и трудовых ресурсов. Максимальный экономический эффект достигается при контроле металлов и изделий на ранней стадии производства, когда стоимость изделия и расходы на исправления дефектов минимальны. Исходная заготовка обычно имеет простую форму, что позволяет использовать большую часть ее поверхности для ввода и регистрации акустических сигналов. Процессы непрерывного литья стальной заготовки, горячей прокатки или ковки, пильгерования труб и т.п., осуществляются при высоких (выше 800 °С) температурах. Охлаждение заготовки для проведения контроля и ее разогрев для последующей термической и механической обработки с целью устранения дефектов приводит к большим затратам энергии. Следовательно, необходимо развивать методы высокотемпературного ультразвукового неразрушающего контроля, основанные на генерации и регистрации ультразвука в ферромагнитных металлах при магнитном фазовом переходе, соответствующем точке Кюри.

В оптически поглощающих средах, к которым относятся металлы, при малых плотностях энергии, повышение температуры в зоне поглощения света незначительно и генерация акустических волн обусловлена тепловым расширением среды. Можно констатировать, что к настоящему моменту теория оптической генерации звука для металлов, находящихся при комнатных температурах, развита в достаточной степени и убедительно согласуется с результатами экспериментов.

С увеличением плотности поглощенной энергии температура вещества остается ниже температуры плавления, но становятся существенными нелинейные эффекты, связанные с изменением термодинамических параметров вещества в процессе поглощения оптического излучения. Особый интерес представляет процесс оптико-акустического преобразования при магнитном фазовом переходе, когда в точке Кюри наблюдаются особенности свойств ферромагнитного металла. При поглощении оптического импульса в ферромагнитном металле реализуется нелинейный тепловой режим возбуждения звука и необходимо более детальное исследование оптимального режима возбуждения, что важно при решении прикладных задач, а также более глубокого понимания механизмов взаимодействия лазерного излучения с магнитоупорядоченными средами. В этом случае возбуждаемые акустические импульсы несут информацию о процессе преобразования электромагнитного и акустического полей, который представляет собой фундаментальное физическое явление. По изменению спектральных характеристик возбуждаемых импульсов можно судить о влиянии магнитного фазового перехода на структуру ферромагнетика, изучать динамику намагниченного состояния и доменной структуры. В настоящее время создана физическая модель и теоретические основы лазерной генерации объемных акустических волн в ферромагнетике при высоких температурах. Экспериментально исследованы параметры объемных (продольных и поперечных) акустических волн, возбуждаемых лазерным импульсом в ферромагнитном металле вблизи точки высокотемпературного магнитного фазового перехода.

Важное место в ультразвуковых методах неразрушающего контроля и исследований в физике твердого тела занимают методы, использующие поверхностные акустические волны (ПАВ, волны Рэлея). Это объясняется особенностями, которые отделяют ПАВ от других типов волн: большая концентрация акустической энергии в приповерхностном слое и быстрое спадание амплитуды с глубиной, отсутствие дисперсии и малое затухание при распространении. Поскольку ПАВ избирательно реагируют на дефекты в зависимости от глубины их залегания, с их помощью можно выявлять поверхностные и околоповерхностные дефекты, контролировать состояние поверхностного слоя, проводить оценку остаточных напряжений, определять термические и механические свойства поверхностного слоя металла.

При лазерном возбуждении на долю поверхностных волн приходится большая часть акустической энергии. Характеристики возбуждаемых акустических импульсов определяются пространственно-временной структурой падающего излучения, которой достаточно легко управлять. Лазерный метод генерации позволяет возбуждать как импульсные, так и квазигармонические ПАВ, формировать диаграмму направленности, изменять частоту и амплитуду в широких пределах.

В результате изучения современного состояния исследований по опто-акустике, автором настоящей диссертации сделан вывод о том, что процесс оптико-акустического преобразования поверхностных волн в ферромагнитных металлах при высокотемпературном магнитном фазовом переходе не исследовался.

Исследование параметров ПАВ, возбуждаемых с помощью лазера в ферромагнитных металлах при высоких температурах, позволит сделать высокотемпературный контроль универсальным. Станет возможным контролировать изделия любой формы и размеров на различных стадиях производства. Кроме того, для определения упругих постоянных и прочностных характеристик твердых тел акустическими методами, при исследовании физических свойств твердых тел и дефектоскопии необходимо комплексное использование объемных волн и ПАВ.

Исследование процесса возбуждения ПАВ в рамках физической модели, использованной для изучения объемных волн, является важным этапом проверки правильности исходных положений, адекватно описывающих процесс оптико-акустического преобразования в ограниченных телах из ферромагнитного металла при высоких температурах.

Таким образом, основная задача настоящей диссертационной работы заключается в определении теоретических и экспериментальных закономерностей процесса бесконтактной оптико-акустической генерации поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле при магнитном фазовом переходе, соответствующем точке Кюри. Решение этой задачи имеет существенное значение для физики конденсированного состояния и практики, и, следовательно, тема настоящей диссертационной работы представляется актуальной.

Объектом исследования являются процессы взаимодействия импульсного лазерного излучения с ферромагнитными металлами.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование особенностей явления оптической генерации поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле, выработке рекомендаций для создания методов акустического контроля. Для достижения цели были поставлены и решались следующие задачи: разработать элементы теории процесса лазерной термооптической генерации импульсов волн Рэлея в ферромагнитных металлах в высокотемпературной области, содержащей магнитный фазовый переход второго рода (точка Кюри); разработать методику проведения экспериментальных исследований лазерной генерации поверхностных акустических волн в ферромагнитных металлах. Разработать программу, реализующую автоматическую обработку данных, получаемых при экспериментальном исследовании; экспериментально исследовать зависимости параметров акустических импульсов поверхностных волн, возбуждаемых излучением импульсного лазера в ферромагнитном металле, от энергии оптических импульсов и температуры; обосновать возможность использования полученных результатов для целей акустического контроля изделий из ферромагнитных металлов.

Представленная работа выполнялась в 2002-2004 годы в рамках фундаментального научного исследования процесса лазерной генерации акустических полей при финансовой поддержке правительства Челябинской области (гранты Ж№ А20022219 и А2003293), Министерства Образования РФ (технические задания 01.08.02Ф «Исследование возбуждения поверхностных волн в ферромагнетике при температуре магнитного фазового перехода (т. Кюри)» и 01.09.04Ф «Исследование термооптического возбуждения поверхностных акустических волн (волн Рэлея и волн Лэм-ба) лазерным импульсом в ферромагнитных металлах»), а также Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 04-02-96043р2004урал «Лазерная генерация волн Рэлея в ферромагнитных металлах»).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 149 источников. Выводы формулируются в конце каждой главы. Полный объем диссертации 150 страниц, включая 46 рисунков и 2 таблицы.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Заключение. Основные результаты и выводы диссертации

Из результата анализа литературных источников следует, что важным типом упругих волн, с точки зрения физики поверхности и методов неразрушающего контроля, являются поверхностные акустические волны. Однако, как показал обзор литературы, исследований процесса высокотемпературного оптико-акустического преобразования для ПАВ в ферромагнитных металлах не проводилось. В настоящей диссертационной работе теоретически и экспериментально исследован процесс лазерной генерации поверхностных акустических волн (волн Рэлея) в ферромагнитных металлах при температуре, близкой к температуре магнитного фазового перехода (точка Кюри). Получены следующие основные результаты:

3. Разработана и собрана установка для проведения экспериментальных исследований по высокотемпературной лазерной генерации и приему ультразвуковых поверхностных волн с помощью широкополосных пьезопреобразователя и ЭМАП поверхностных волн. Разработана новая методика сбора и анализа экспериментальных данных, которая основана на использовании видеокамеры и вычислительной техники. С ее помощью зафиксированы видеоимпульсы, регистрируемые пьезопреобразо-вателем и ЭМАП поверхностных волн в ферромагнитном металле при различных температурах, а также определены амплитуды и рассчитаны спектральные функции наблюдаемых импульсов.

4. Проведены эксперименты по определению параметров ультразвуковых импульсов поверхностных волн, возбуждаемых импульсным лазерным излучением в ферромагнитном металле. Образцом, моделирующим свойства ферромагнитных металлов при нагревании, служил же-лезоникелевый сплав инварного состава 32НКД. Экспериментально зафиксирован нелинейный рост амплитуды акустических импульсов при увеличении энергии возбуждающих оптических импульсов и различное относительное изменение амплитуды с температурой при различных значениях энергии оптических импульсов. Полученные при экспериментальном исследовании зависимости параметров импульсов волн Рэлея (амплитуда, спектральная функция) от температуры ферромагнетика и энергии оптического импульса качественно согласуются с данными расчета, основанными на реальной температурной зависимости коэффициента теплового расширения образца.

Таким образом, достигнута цель диссертационной работы, заключающаяся в определении теоретических и экспериментальных закономерностей явления трансформации энергии оптического импульса в акустические волны для ферромагнитных металлов. Представленные в настоящей диссертационной работе результаты устанавливают связь между параметрами импульсов поверхностных акустических волн, возбуждаемых импульсным лазерным излучением, и аномалиями коэффициента теплового расширения ферромагнитных металлов, находящихся при температуре, близкой к температуре Кюри. Полученные результаты могут быть применены в различных областях использования явления генерации упругих колебаний в ферромагнитных металлах с помощью лазера.

По результатам представленного исследования можно кратко сформулировать направление дальнейших исследований процесса термоакустического преобразования в ферромагнитных металлах. Необходимо провести исследования параметров ПАВ других типов (в частности нормальных волн в пластинах), для развития методов высокотемпературного неразрушающего контроля ограниченных тел (оболочки, листовой прокат) из ферромагнитных материалов. Необходимо дополнить теоретические положения учетом зависимости коэффициента отражения металла от температуры в процессе поглощения оптического импульса, что расширит область применимости используемой модели и позволит получить новые научные данные о процессах взаимодействия импульсного лазерного излучения с ферромагнитной упругой средой. Также необходимо провести исследование влияния длительности, пространственной и временной формы распределения интенсивности в падающем лазерном пучке на параметры возбуждаемых акустических полей при учете изменения теплофизических параметров металла в процессе генерации, что позволит определить оптимальные параметры распределения оптико-акустических источников для целей неразрушающего контроля.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Голубев, Евгений Валерьевич, Челябинск

1. A.c. № 166189 от 16.01.1963: Способ генерации ультра- и гиперзвуковых колебаний / Авт.: Г.А. Аскарьян, Е.И. Мороз.

2. A.c. № 239694 от 23.08.1966: Способ возбуждения механических колебаний / Авт.: М.К. Полшаков, Ф.В. Виноградов, В.П. Голосов, А. Г. Ершов.

3. Андреев В.Г., Уляков П.И. Термоупругая волна с учетом скорости распространения тепла // Инженерно-физич. журнал. 1971. Т.21, т. С.23-27

4. Анисимов С.И., Имас Я.И., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы.-М.: Наука, 1970.- 272 с.

5. Анисимов С.И., Капелиович Б.Л., Перельман Т.Л. Электронная эмиссия с поверхности металлов под действием ультракоротких лазерных импульсов // ЖЭТФ. 1974. Т.66, Вып.2. С.776-781.

6. Аполлонов В.В., Прохоров A.M., Хомич В.Ю., Четкин С.А. Термоупругое воздействие импульсно-периодического излучения на поверхность твердого тела // Квантовая электроника. 1982. Т.9, №2. С.343-353.

7. Аскарьян Г.А., Прохоров A.M., Чантурия Г.Ф., Шипуло Г.П. Луч оптического квантового генератора в жидкости // ЖЭТФ. 1963. Т.44, №. С.2180-2182.

8. Архипов В.И., Бондаренко А.Н., Кондратьев А.И. Исследование возбуждения упругих импульсов лазерным излучением в металлах // Акуст. журн. 1982. Т.28, №. С.303-309.

9. Архипов В.И., Бондаренко А.Н., Кондратьев А.И. Влияние длины волны излучения на форму упругих импульсов при лазерном возбуждении // Акуст. журн. 1984. Т.ЗО, №1. С.5-9.

10. Ахманов С.А., Гусев В.А. Лазерное возбуждение сверхкоротких акустических импульсов: новые возможности в спектроскопии твердого тела, диагностике быстропротекающих процессов и нелинейной акустике // Успехи физич. наук. 1992. Т. 162, №3. С.4-88.

11. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы: Учебное пособие. М.: Наука, 1987. - 600 с.

12. Белов К.П. Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках. М.: Гостехиздат , 1957. - 279 с.

13. Бирюков C.B., Гуляев Ю.В., Крылов В.В., Плесский В.П. Поверхностные акустические волны в неоднородных средах. М.: Наука, 1991. - 416 с.

14. Бойко М.С. Обобщенная динамическая задача термоупругости для полупространства, нагреваемого лазерным излучением // Прикл. матем. и механика. 1985. Т.49, №3. С.470-475.

15. Бондаренко А.Н. Лазерные методы возбуждения и регистрации акустических сигналов. М.: Изд-во Стандартов, 1989. - 115 с.

16. Бондаренко А.Н., Вологдин В.К., Кондратьев А.И. Влияние температурной зависимости коэффициента поглощения на форму акустического импульса при лазерном возбуждении // Акуст. журн. 1980. Т.26, т. С.828-832.

17. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. - 719 с.

18. Бреховских Л.М., Годин O.A. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. - 416 с.

19. Буденков Г.А. Возбуждение упругих волн в твердых телах лучом лазера вследствие термоупругого эффекта // Дефектоскопия. 1979. т. С.75-81.

20. Буденков Г.А. Возбуждение упругих волн в упругом полупространстве при тепловых воздействиях конечной длительности // Дефектоскопия. 1979. т. С.75-81.

21. Буденков Г.А., Бойко М.С. Генерация волн напряжения в твердых телах лучом лазера конечного сечения вследствие термоупругого эффекта // Дефектоскопия. 1984. №3. С. 16-24.

22. Буденков Г.А., Гуревич С.Ю. Современное состояние бесконтактных методов и средств ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 1981. №5. С.5-33.

23. Буденков Г.А., Гуревич С.Ю., Каунов А.Д., Маскаев А.Ф. Возбуждение ультразвука в железе при фазовом переходе под действием лазерных импульсов // Акуст. журн. 1983. Т.29, №4, С.561-562.

24. Буденков Г.А., Петров Ю.В., Лукманов A.M. Авт. свид. №406155. // Бюлл. изобр. 1973. №45.

25. Бункин Ф.В., Комиссаров В.М. Оптическое возбуждение звуковых волн (обзор) // Акуст. журн. 1973. Т.19. №3. С.305-320.

26. Бурмистрова JI.B., Карабутов A.A., Руденко О.В., Черепецкая Е.Б. О влиянии тепловой нелинейности на термооптическую генерацию звука // Акуст. журн. 1979. Т.25. №4. С.616-619.

27. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. -М.: Наука, 1988. 552 с.

28. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка. Л.: Ленинздат, 1973. - 191 с.

29. Велихов Е.П., Даныциков Е.В., Дымшаков В.А. и др. Усиление поверхностной упругой волны в твердом теле при сопровождении ее лазерным излучением // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т.38, №10. С.483-486.

30. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966. - 168 с.

31. Вонсовский C.B. Магнетизм. М.: Наука, 1971. - 1032 с.

32. Вонсовский C.B. Магнетизм. М.: Наука, 1971. - 925 с.

33. Гарова Е.А., Козлов А.И., Плесский В.П. К теории фототермической генерации волн Рэлея // Акуст. журн. 1986. Т.32, №3. С.310-316.

34. Голенищев-Кутузов A.B., Мигачев С.А., Яфаев Н.Р. Генерация поверхностных акустических волн с помощью импульсов лазерного излучения // Акуст. журн. 1985. Т.31, №5. С.671-672.

35. Голубев Е.В. Лазерное возбуждение волн Рэлея в ферромагнетиках // XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. Краткие сообщения. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С.79-80.

36. Голубев Е.В. Возбуждение волн Рэлея лазерным импульсом в ферромагнитном металле // Труды XXIII Российской школы по проблемам науки и технологий. Серия «Итоги диссертационных исследований» М.: РАН, 2003. С.111-118.

37. Голубев Е.В., Гуревич С.Ю., Петров Ю.В. Лазерная генерация поверхностных акустических волн в ферромагнитном металле' // ФММ. 2004. Т.97, т. С.8-12.

38. Григорьев Б.А. Импульсный нагрев излучениями. Т.1. М.: Наука, 1974.- 320 с.

39. Григорьев Б.А. Импульсный нагрев излучениями. Т.2. М.: Наука, 1974. - 728 с.

40. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

41. Гуляев Ю.В., Плесский В.П. Распространение поверхностных акустических волн в периодических структурах // Успехи физич. наук. 1989. Т. 157, т. С.85-127.

42. Гуревич С.Ю. Основы теории и практического применения высокотемпературного ультразвукового контроля ферромагнитных металлоизделий // Дис. д-ра. техн. наук. Екатеринбург, ИФМ. 1995. 416

43. Гуревич С.Ю., Голубев E.B. Лазерное возбуждение поверхностных акустических волн в ферромагнетике при тепловом механизме // Вестник ЮУрГУ, Серия «Математика, физика, химия». 2003. №8(24). С.54-59.

44. Гуревич С.Ю., Петров Ю.В., Голубев Е.В. Экспериментальные исследования по лазерной генерации поверхностных акустических волн в ферромагнетиках // Дефектоскопия. 2004. №2. С.47-52.

45. Гуревич С.Ю., Петров Ю.В., Прокопьев К.В., Шульгиной A.A. Исследование влияния магнитного фазового перехода на спектр акустических импульсов, возбуждаемых лазерным импульсом в ферромагнетике // Акуст. журн. 1999. Т.45, №4. С.497-501.

46. Гуревич С.Ю., Петров Ю.В., Прокопьев К.В., Шульгинов A.A. Исследование температурной зависимости спектров акустических импульсов, возбуждаемых лучом лазера в ферромагнитных металлах // Дефектоскопия. 2000. №5. С.31-35.

47. Гуревич С.Ю., Петров Ю.В., Шульгинов A.A., Прокопьев К.В. О границах механизмов термоакустического преобразования при лазерной генерации ультразвука в металлах // Дефектоскопия. 2001. т. С.69-75.

48. Гусев В.Э., Карабутов A.A. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991. - 304 с.

49. Даниловская В.И. Температурные напряжения в упругом полупространстве, возникающие вследствие внезапного нагревания границы // Прикл. матем. и механика. 1950. Т.14, №3. С.129-133.

50. Даниловская В.И. Температурные поля и динамические термоупругие напряжения, порождаемые потоком лучистой энергии // Известия ОТН. Механика и машиностроение. 1959. №3. С.29-32.

51. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука, 1973. - 228 с.

52. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. М.: Физматгиз, 1961. - 524 с.

53. Дыхне A.M., Рысев Б.П. О возможности возбуждения упругих поверхностных волн большой амплитуды в твердом теле при тепловом воздействии лазерного излучения // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. № 6. С. 17-21.

54. Дунина Т.А., Егерев C.B., Лямшев JI.M., Наугольных К.А. К нелинейной теории теплового механизма генерации звука лазерным излучением // Акуст. журн. 1979. Т.25. № 4. С.622-625.

55. Дьяконов В.П. Справочник по расчетам на микрокалькуляторах. -М.: Наука, 1989. 464 с.

56. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

57. Ерофеев В.И., Самохвалов Р.В., Зазнобин В.А. Исследование возможности измерения изгибных напряжений с использованием поверхностных волн Рэлея // Дефектоскопия. 2004. №2. С.62-66.

58. Журавлев Л.Г., Карзунов С.Е. Физика металлов: Учебное пособие к лабораторным работам. Челябинск: ЧГТУ, 1993. - 131 с.

59. Захаров А.И. Физика прецизионных сплавов с особыми тепловыми свойствами. М.: Металлургия, 1986. - 256 с.

60. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справочник. М.: Металлургия, 1989. - 384 с.

61. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1965. - 704 с.

62. Карабутов A.A. Лазерное возбуждение поверхностных акустических волн: новое направление в оптико-акустической спектроскопии твердого тела // Успехи физич. наук. 1985. Т. 147, №3 С.605-620.

63. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высш. шк., 1985. - 480 с.

64. Ким A.B., Рябикин М.Ю., Сергеев A.M. От фемтосекундных к ат-тосекундным импульсам // Успехи физич. наук. 1999. Т. 169, №1. С.58-66.

65. Коваленко А.Д. Термоупругость. Киев: Вища школа, 1975.- 216 с.

66. Козлов А.И., Плесский В.П. Эффективность термооптического возбуждения волн Рэлея в твердом теле // ФТТ. 1986. Т.28, №1. С.9-11.

67. Коломенский Ал.А. Лазерное возбуждение акустических волн в твердом теле при тепловом механизме // Акуст. журн. 1988. Т.34. т. С.871-878.

68. Коломенский Ал.А., Мазнев A.A. Поверхностные отклики при лазерном воздействии на твердое тело: рэлеевские волны и предвестники // Акуст. журн. 1990. Т.36. №3. С.463-469.

69. Колток Ю.В., Катрич A.B., Кузьмичев В.М., Латыпин Ю.М. Возникновение э.д.с. в некоторых металлах, находящихся в магнитном поле и облучаемых импульсами ОКГ // Квант, электр. 1977. Т.4, т. С.209-210.

70. Колток Ю.В., Латыпин Ю.М. Исследование э.д.с., обусловленной акустическими волнами, возбуждаемыми в магнитных материалах лучом лазера // Акуст. журн. 1984. Т.30, №3. С.331-334.

71. Королев М.В., Карпельсон А.Е. Широкополосные ультразвуковые преобразователи. М.: Машиностроение, 1982. - 157 с.

72. Крылов В.В., Павлов В.И. Термооптическое возбуждение поверхностных акустических волн в твердом теле // Акуст. журн. 1982. Т.28, т. С.836-837.

73. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники. Л.: Машиностроение, 1990. - 316 с.

74. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. Теоретическая физика. Т. VII. М.: Наука, 1987. - 248 с.

75. Лапин А.Д. Волны в твердом полупространстве, покрытом жидким слоем // Акуст. журн. 1992. Т.38, №2. С.364-367.

76. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

77. Лямшев Л.М. Оптико-акустические источники звука // Успехи фи-зич. наук. 1981. Т.135. вып.4. С.637-669.

78. Лямшев Л.М. Лазерное термооптическое возбуждение звука. М.: Наука, 1989. - 240 с.

79. Лямшев Л.М., Челноков Б.И. Генерация рэлеевской волны на сво

80. Ф бодной поверхности твердого однородного и изотропного полупространства импульсами проникающего излучения // Письма в ЖТФ. 1982. Т.8, вып.22. С.1361-1365.

81. Лямшев Л.М., Челноков Б.И. Генерация звука в твердом теле проникающим излучением // Акуст. журн. 1983. Т.29. №3. С.372-381.

82. Лямшев Л.М., Челноков Б.И. К теории генерации звука при поглощении проникающего излучения с модулированной интенсивностью в твердом волноводе // Акуст. журн. 1983. Т.29, №4. С.505-514.

83. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. М.: Издательство Московского университета, 1975. - 384 с.

84. Новацкий В. Динамические задачи термоупругости. М.: Мир, 1970. - 256 с.

85. Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. - 872 с.

86. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974.- 291 с.

87. Петрашень Г.И., Молотков JI.A., Крауклис П.В. Волны в слоисто-однородных изотропных упругих средах. JL: Наука, 1982.- 288 с.

88. Поверхностные акустические волны / Под ред. Олинера А.А. М.: Мир, 1981. - 390 с.

89. Подстригач Я.С., Коляно Ю.М. Обобщенная термомеханика. Киев: Наукова думка, 1976. - 312 с.

90. Прецизионные сплавы. Справочное издание. / под ред. Молотилова Б.В. М.: Металлургия, 1983. - 439 с.

91. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. М.: Мир, 1974.- 486 с.

92. Семин С.П. Термооптическое возбуждение звука в металле // Акуст. журн. 1986 Т.32, т. С.225-229.

93. Семин С.П. Тепловое возбуждение поверхностных звуковых волн в твердом теле излучением // ЖТФ. 1986. Т.56. С.2224-2226.

94. Судьенков Ю.В., Филиппов Н.М., Воробьев Б.Ф., Недбай А.И. Исследование механизмов взаимодействия наносекундного лазерного излучения с металлами // Письма в ЖТФ. 1983. Т.9. Вып.7. С. 395399.

95. Таблицы физических величин. Справочник. / Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1005 с.

96. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики.- М.: Наука, 1977. 736 с.

97. Ходинский А.Н., Корочкин JI.C., Михнов С.А. Свойства ультразвуковых колебаний, возникающих в твердом теле под действием излучения импульсного лазера // Журн. прикл. спектроскопии. 1983. Т.38, т. С.745-748.

98. Чабанов В.Е. Лазерный ультразвуковой контроль материалов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986. - 232 с.

99. Чуков В.Н. Рассеяние волны Рэлея статистической неоднородностью плотности массы // Физика твердого тела. 1997. Т.39, вып.2. С.267-274.

100. Шкарлет Ю.М. Бесконтактные методы ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1974. - 56 с.

101. Aindow A.M., Dewhurst R.J., Hutchins D.A., Palmer S.B. Laser generated ultrasonic pulses at free metal surfaces // J. Acoust. Soc. Amer. 1981. Vol.69, N2. P.449-455.

102. Ash E.A., Dieulesaint E., Rakouth H. Generation of surface acoustic waves by means of a c.w. laser // Electron Lett. 1980. Vol.16, N12. P.470-472.

103. Aussel J.D., Le Brun A., Baboux J.C. Generation acoustic waves by laser: theoretical and experimental study of the emission source // Ultrasonics. 1988. Vol.26, N9. P.245-255.

104. Bell A.G. Upon the production of sound by radiant energy // Phylos. Mag. and J. Sci. 1881. Vol.60, N71. P.510-528.

105. Bloembergen N. From nanosecond to femtosecond science // Rev. Mod. Phys. 1999. Vol.71, N2. P.S283-S287.

106. Bresse L.F., Hutchins D.A., Lundgren K. Elastic constant determination using generation by pulsed lasers // J. Acoust. Soc. Amer. 1988. Vol.84, N5. P. 1751-1757.

107. Bordachev E.V., Nikumb S.K. Informational properties of surface acoustic waves generated by laser-material interaction during laser precision machining // Meas. Sci. Technol. 2002. N13. P.836-845.

108. Carlo Cattaneo "Sulla conduzione de calore". Atti del Semin. e Mat. Fis. Univ. Modena, 1948. 3. 3.

109. Carnadas D., Trillo C., Doval A.F. et aI. Non-destructive testing with surface acoustic waves using double-pulse TV holography // Meas. Sci. Technol. 2002. N13. P.438-444.

110. Chenu C., Noroy M.-H., Royer D. Giant surface acoustic waves generated by a multiple beam laser: application to the detection of surface bracking slots // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol.65, N9. P.1091-1093.

111. Clark M., Sharpies S.D., Somekh M.G. Noncontact continuous wave-front/diffractive acoustic elements for Rayleigh wave control // Appl. Phys. Lett. 1999. Vol.74, N24 P.3604-3606.

112. Davies S.J., Edwards C., Taylor G.S., Palmer S.B. Laser-generated ultrasound: its properties, mechanisms and multifarious applications (review article) // J. Phys. D: Appl. Phys. 1993. Vol.26. P.329-348.

113. Dedeurwaerdere T., Casas-Vazquez J., Jour D. and Lebon G. Foundations and applications of a mesoscopic thermodynamic theory of fast phenomena // Phys. Rev. E. 1996. Vol.53, N1. P.498-506.

114. Dewhurst R. J., Hutchins D. A., Palmer S. B. Quantitative measurements of laser-generated acoustic waveforms // J. Appl. Phys. 1982. Vol.53. N6. P.4064-4071.

115. Efthimiopoulos T., Kritsotakis E., Kiagias H. et a 1. Laser ablation rate of material using the generated acoustic waves // J. Phys. D. 1998. Vol.31, N19. P.2648-2652.

116. Enquenhard F., Bertrand L. Effects of optical penetration and laser pulse duration on laser generated longitudinal acoustic waves // J. Appl. Phys. 1997. Vol.82, N4. P.1532-1538.

117. Every A.G. Measurement of the near-surface elastic properties of solids and thin supported films (review article) // Meas. Sci. Technol. 2002. N13. P.R21-R39.

118. Gournay L.S. Conversion of electromagnetic to acoustic energy by surface heating // J. Acoust. Soc. Amer. 1966. Vol.40, N6. P. 1322-1330.

119. Gusev V., Kolomenskii A., Hess P. Effect of melting on the excitation of surface acoustic wave pulses by UV nanosecond laser pulses in silicon // Appl. Phys. A. 1995. Vol.61. P.285-298.

120. Huang J., Krishnaswamy S., Achenbach J.D. Laser generation of narrowband surface waves // J. Acoust. Soc. Amer. 1992. Vol.92, N5. P.2527-2531.

121. Huard S.J., Chardon D. Rayleigh surface waves (RSW) generated by photothermal process: theory // J. de Physique. 1983. Vol.44, Colloque C6, suppl. au N10, P.C6-91-C6-96.

122. Hutchins D.A. Ultrasonic generation by pulsed lasers // Phys. Acoust. Princ. and Methods. Boston, 1988. Vol.18. P.21-33.

123. Hutchins D.A. Optical generation and detection of ultrasound // Nondestruct. Test. Handb. Columbus, 1991. Vol.7. P.313-319.

124. Hurley D.C., Tewary V.K., Richards A.J. Surface acoustic wave methods to determine the anisotropic elastic properties of thin films // Meas. Sci. Technol. 2001. N12. P.1486-1494.

125. Joseph D.D., Preziosi L. Heat waves // Rev. Mod. Phys. 1989. Vol.61, N1. P.41-73.

126. Joseph D.D., Preziosi L. Addenum to paper "Heat waves"// Rev. Mod. Phys. 1990. Vol.62, N2. P.375-391.

127. Jou D., Casas-Vazquez J., Lebon G. Extended irreversible thermodynamics // Rep. Prog. Phys. 1988. Vol.51. P.1105-1179.

128. Kim Young Sik, Mohsen Tadi, Hershel Rabitz et aI. Optimal control of laser generated acoustic waves in solids // Phys. Rev. B. 1994. Vol.50, N21. P. 15744-15751.

129. Kolomenskii ALA., Lomonosov A.M., Kuschnereit R. et al. Laser generation and detection of strongly nonlinear elastic surface pulses // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol.79, N7. P.1325-1328.

130. Kolomenskii ALA., Schuessler H.A. Characterization of isotropic solids with nonlinear surface acoustic wave pulses // Phys. Rev. B. 2001. Vol.63, N8. 085413(6).

131. Ledbetter H.M., Moulder J.C. Laser-induced Rayleigh waves in aluminium // J. Acoust. Soc. Amer. 1979. Vol.65, N3. P.840-842.

132. Lee R.E., White R.M. Excitation of surface elastic waves by transient surface heating // Appl. Phys. Lett. 1968. Vol.12, N1. P.12-14.

133. Liu M., Ho H.P., Somekh M.G., Weaver J.M.R. Noncontacting optical generation of focused surface acoustic waves using a customised zoneplate // Electron Lett. 1995. Vol.31, N4. P.264-265.

134. Maxwell J.Clerk On the dynamical theory of gases. Phylos. Trans. R. Soc. London, 1867. 157. 49.

135. Meirion F. Lewis Rayleigh waves a progress report // Eur. J. Phys. 1995. Vol. 16. P. 1-7.

136. Monchalin Jean-Pierre, Meron Christian, Bussiere Jean F. et al. Laserultrasonics: from the laboratory to the shop floor // Phys. Can. 1995. Vol.51, N2. P.122-130.

137. Nakano Hidetoshi, Nagai Satoshi Crack measurements by laser ultrasonic at high temperatures // Jap. J. Appl. 1993. Vol.32, N5B, Pt.l. P.2540-2542.

138. Rayleigh, Lord (Strutt J.W.) On waves propagated along the plane surface of an elastic solid // Proc. London Math. Soc. 1885. Vol.17. P. 4-11.

139. Royer D., Dieulesaint E. Analyse de la generation d'onde de Rayleigh par effect photothermique // J. de Physique. 1983. Vol.44, Colloque C6, suppl. au N10, P.C6-79-C6-83.

140. Royer D., Dieulesaint E. Analysis of thermal generation of Rayleigh waves // J. Appl. Phys., 1984, Vol.56, N9, P.2507-2511.

141. Schindel D.W., Hutchins D.A., Smith S.T., Farahbakhsh B. High temperature pulsed photoacoustic studies of surface waves on solids // J. Acoust. Soc. Amer. 1994. Vol.95, N5. P.2517-2524.

142. Sternberg E., Chakravorty J.G. On inertia effects in a transient thermo-elastic problem // J. Appl. Mech. 1959. Vol.26, N4.

143. Telschow K.L., Conant R.J. Optical and thermal effects on laser-generated ultrasound // J. Acoust. Soc. Amer. 1990. Vol.88, N3. P.1494-1502.

144. Warren P.D., Pecorari C., Kolosov O.V. et a1. Characterization of surface damage via surface acoustic waves // Nanotechnology. 1996. N7. P. 295301.

145. White R.M. Elastic wave generation by electron bombardment or electromagnetic wave absorption // J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34, N7. P.2123-2124.

146. White R.M. Generation of elastic waves by transient surface heating // J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34, N12. P.3559-3567.

147. Zhang Pengzhi, Ying C.F., Shen Jianzhong Directivity patterns of laser thermoelastically generated ultrasound in metal with consideration of thermal conductivity // Ultrasonics. 1997. Vol.35, N3. P.233-240.

148. Zhang X.R., Li Y., Gan C.M. et a1. Premelting and melting effects on waveform of laser generation ultrasound // Progr. Nat. Sci. 1996. N6. P.432-435.