Теория и методы лазерной диагностики материалов, основанные на генерации акустических и тепловых волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

□ □344 7384

На правах рукописи

МУРАТИКОВ Кирилл Львович

ТЕОРИЯ II МЕТОДЫ ЛАЗЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ОСНОВАННЫЕ НА ГЕНЕРАЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ВОЛН

Специальность 01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

3 о СЕН2Ш

Санкт-Петербург 2008

003447384

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Гуревич С.Б.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Котов О.И.,

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, лауреат Государственной премии РФ и премии Правительства РФ Потапов А.И.,

доктор физико-математических наук, профессор Самсонов А.М.

Ведущая организация: Институт аналитического приборостроения РАН.

Защита состоится «23» октября 2008 г. в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.229.01 в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, П учебный корпус, ауд. 470.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан « » сентября 2008 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.229.01 доктор технических наук, профессор

Короткое А.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы определяется тем, что исследование процессов трансформации энергии электромагнитного нестационарного излучения (в частности нестационарного оптического излучения) в энергию тепловых и акустических волн или колебаний в твердотельных объектах открывает принципиально новые перспективы их использования в чисто научных и практических целях.

Уникальные возможности лазерных фотоакустических (ФА) и термоволновых (ТВ) методов исследования обусловили их интенсивное развитие на протяжении многих лет. В научных целях исследования подобного рода способствуют выявлению широкого круга линейных и нелинейных физических свойств современных материалов и структур (в первую очередь оптических, тепловых, акустических или упругих, термоупругих). Часто к этим параметрам добавляется информация и о других важных характеристиках материала. Высокая чувствительность волновых ФА и ТВ методов к приповерхностным свойствам объектов способствует их широкому использованию в современных тонкопленочных технологиях различного рода (например, оптических, полупроводниковых и микроэлектронных), а также в нанотехнологиях.

В рамках данной работы особое значение имело исследование влияния внутренних напряжений на волновые ФА и фототепловые (ФТ) процессы в твердых телах. Изучение вопросов подобного рода представляет специальный интерес, так как регистрация внутренних напряжений в современных материалах является самостоятельной достаточно сложной и важной задачей. Разработка различных физических методов регистрации внутренних напряжений в современных материалах в настоящее время активно проводится в целом ряде ведущих лабораторий мира. Принципиальным достоинством современных ФА и ТВ методов является универсальность, неразрушающий характер, высокая чувствительность, а также возможность производить

измерения интересующих параметров с высоким пространственным разрешением и в широком частотном диапазоне (вплоть до ТГц и выше).

Уникальные возможности ФА и ФТ методов исследования твердотельных объектов обуславливают их интенсивное развитие на протяжении многих лет. На основе полученных фундаментальных результатов в области генерации акустических и тепловых волн с помощью ФА и ФТ процессов, изучения процессов их распространения и рассеяния уже разработаны эффективные методы современной спектроскопии, диагностики теплофизических и упругих параметров объемных материалов и тонкопленочных структур, а также эффективные методы современной микроскопии.

В области спектроскопии использование ФА и ФТ методов обеспечивает возможность изучения объектов с рекордными на сегодняшний день значениями коэффициентов поглощения оптического излучения, как в области малых, так и больших их значений. Развитие современной быстродействующей оптической, оптоэлектронной и лазерной техники сделало возможным проведение измерений ФА и ФТ методами на слоях материалов и тонких пленках с толщинами, находящимися в нанометровом диапазоне. Вместе с тем быстро развивающиеся в последнее время технологии новых материалов и структур требуют усовершенствования уже имеющихся и создания новых диагностических методов, в том числе и на основе волновых ФА и ФТ методов.

С точки зрения практических применений, исследования подобного рода направлены на создание научной базы принципиально новых методов диагностики и неразрушающего контроля, а также микроскопии современных материалов и структур как на стадии их изучения, так и контроля в процессе эксплуатации. Особое значение в этом плане имеет разработка ФА и ФТ методов обнаружения и мониторинга внутренних напряжений, роль которых в процессах разрушения материалов в настоящее время общепризнанна.

Среди различных моделей ФА эффекта в конденсированных средах особое положение занимает модель, основанная на преобразования энергии

-4-

оптического нестационарного излучения в энергию акустических волн или колебаний по термоупругому механизму. Особая роль этой модели обуславливается ее универсальностью. Генерация акустических волн или колебаний по эгому механизму характерна для всех видов твердых тел (диэлектриков, металлов, полупроводников). Ввиду важности и сложности задач подобного рода интерес к их рассмотрению остается достаточно высоким и сейчас, несмотря на относительно продолжительное время изучения.

Среди важных проблем, определяющих развитие ФА и ФТ методов в настоящее время, следует выделить, в частности, такие направлен™, как изучение ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в структурно-неоднородных объектах, включая объекты с внутренними напряжениями. Для получения количественной информации в данных областях необходимы дальнейшее развитие теории ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в таких объектах, включая нелинейные модели, а также разработка соответствующих экспериментальных методов.

К настоящему моменту получены значительные результаты, связанные с решением рассматриваемых проблем, однако многие вопросы в этой области еще требуют дальнейшей проработки.

Целями_диссертационно» работы являются проведение

фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в неоднородных материалах и структурах, в объектах с внутренними механическими напряжениями, выяснение фундаментальных связей параметров ФА и ТВ сигналов с параметрами неоднородностей различных типов, разработка методов высокочувствительной регистрации ФА и ТВ процессов.

Для достижения этих целей необходимо было решить следующие задачи: 1. Исследовать в рамках теории возмущений процессы генерации, распространения и рассеяния ТВ в неоднородных объектах сфокусированным на поверхность нестационарным оптическим излучением. Получить

-5-

аналитические выражения для ФА колебаний при микрофонном и пьезоэлектрическом способах регистрации сигнала, фотодефлекционных (ФД) и фоторефлекционных (ФР) сигналов, позволяющие связать характеристики неоднородности с параметрами соответствующих ФА и ФТ сигналов. На основе полученных результатов исследовать особенности формирования ФА и ФТ изображений неоднородных объектов.

2. Разработать теорию образования ФД и ФР сигналов в рамках волновой оптики с учетом процессов дифракции зондирующего излучения на нестационарных тепловых неоднородностях вблизи или внутри объекта, а также интерференционных эффектов в плоскости фотоприемников. Установить границы применимости традиционных моделей образования ФД и ФР сигналов, основанных на приближениях геометрической оптики.

3. Выполнить сравнительный теоретический и экспериментальный анализ ФД и интерферометрических методов регистрации ТВ сигналов. Разработать экспериментальные схемы, реализующие основные достоинства интерферометрического метода. Выяснить оптимальные условия применения ФД и интерферометрического методов для регистрации ФТ процессов.

4. Исследовать возможности использования ФА и ФТ волновых и колебательных процессов для локального определения теплофизических и термоупругих характеристик материалов, толщин тонких пленок, параметров трещин, внутренних напряжений.

5. Разработать модель нелинейного ФА эффекта в напряженных материалах. Методами ФА и ТВ микроскопии изучить особенности формирования ФА и ТВ изображений вблизи мест индентации по Виккерсу в хрупких и пластичных материалах. Исследовать особенности трансформации ФА и ТВ изображений областей вблизи зон индентации под действием внешних напряжений.

6. В рамках общей теоретической модели ФА эффекта в напряженных материалах разработать специальную модель формирования ФА колебаний вблизи концов трещин. С помощью ФА микроскопии исследовать особенности

-6-

поведения ФА колебаний вблизи концов трещин как при наличии только внутренних напряжений, так и при действии внешних нагрузок. 7. Разработать и создать автоматизированную установку для комплексных исследований твердотельных объектов методами ФА и ТВ микроскопии, позволяющую регистрировать ФА и ФТ колебательные и волновые процессы различными методами, как в исходном состоянии, так и при приложении к ним заданных внешних напряжений.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими основными результатами, полученными при решении поставленной задачи:

1. Разработан комплексный системный подход к теоретическому и экспериментальному изучению ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в неоднородных твердотельных объектах.

2. Рассмотрены процессы оптической генерации, распространения и дифракции тепловых волн в неоднородных объектах. Найдены передаточные функции систем ФА и ТВ микроскопии при различных способах регистрации сигнала.

3. Разработан новый подход в рамках волновой оптики к механизмам образования ФД и ФР сигналов с учетом процессов дифракции зондирующего излучения в зоне действия тепловых неоднородностей в объекте. Определена связь этих сигналов с теплофизическими параметрами изучаемых объектов. Установлены границы применимости использовавшихся ранее результатов, полученных в рамках геометрической оптики.

4. Проведен сравнительный анализ ФД и интерферометрического методов в рамках волновой оптики и трехмерной модели тепловой диффузии. Сформулированы оптимальные условия использования этих методов в области ТВ микроскопии твердотельных объектов и спектроскопии.

5 Предложены полностью бесконтактные ТВ способы определения теплофизических параметров и толщин тонких слоев непрозрачных материалов Разработаны ТВ методики детектирования, визуализации и оценки параметров подповерхностных трещин.

-7-

6. Разработана модель образования ФА колебаний в материалах с внутренними напряжениями. В рамках предложенных моделей установлены механизмы влияния внутренних напряжений на ФА процессы в материалах с внутренними напряжениями, определена связь ФА сигналов с механическими напряжениями, действующими в их приповерхностных слоях.

7. Разработана теоретическая модель формирования ФА колебаний вблизи концов вертикальных трещин. Установлена связь ФА сигналов с внутренними напряжениями вблизи концов трещин, а также с коэффициентами интенсивности напряжений. Продемонстрировано соответствие полученных теоретических результатов с данными ФА микроскопии для керамик, индентированных по Виккерсу.

8. Выяснены особенности образования ФА колебаний вблизи зон индентации по Виккерсу в металлах. Продемонстрировано сильное влияние внешних напряжений на ФА изображения областей, расположенных внутри этих зон.

Научная значимость диссертационной работы определяется тем, что в рамках цикла теоретических и экспериментальных исследований заложены и развиты основы нового научного направления - ФА и ФТ волновых и колебательных методов диагностики материалов, включая материалы с внутренними напряжениями. На основании единого подхода к процессам генерации, распространения и рассеяния температурных и акустических волн разработаны методики расчета ФА и ТВ сигналов от неоднородных объектов. Предложена и разработана нелинейная модель ФА эффекта в напряженных материалах. Выявлены особенности проявления ФА эффекта в напряженных материалах. В рамках волновой оптики разработаны принципиально новые подходы к оптическим методам регистрации ФТ и ФА процессов, позволяющие существенно расширить границы применимости ФТ и ФА методов.

Практическая ценность работы

1. Предложен и апробирован метод определения внутренних напряжений ФА методом. Отработаны методики визуализации внутренних напряжений в

-8-

керамиках и металлах.

2. Предложена модель формирования ФД и ФР сигналов в рамках волновой оптики, справедливая в широком диапазоне температурных волн. Разработанная модель позволяет существенно расширить диапазон температурных волн для количественных измерений ФД и ФР методами.

3. Определены оптимальные условия использования ФД и интерферометрического методов. Определены условия, при которых интерферометрический метод способен обеспечивать более высокую чувствительность по сравнению с ФД методом.

4. Предложены ФД и ФР методы определения теплофизических параметров объемных материалов и тонких пленок. Продемонстрирована возможность использования этих методов для определения толщин тонких пленок, диагностики процессов облучения полупроводниковых структур быстрыми протонами и ионной имплантации.

5. Разработаны методики расчета передаточных функций систем ФА и ФД микроскопии, проведен сравнительный анализ этих систем. Выявлены особенности влияния различных теплофизических параметров, внутренних напряжений на ФА и ФД изображения, позволяющие делать выводы о характере регистрируемых с их помощью изображений.

6. Разработана и собрана многофункциональная автоматизированная установка для получения изображений объектов ФА и ТВ методами, позволяющая производить измерения теплофизических характеристик образцов. Уникальной особенностью установки является возможность получения изображений объектов, как в исходном состоянии, так и при воздействии заданных внешних напряжений.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 108 работ, в том числе 1 книга, 1 авторское свидетельство СССР на изобретение. Список публикаций автора по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на

-9-

Всесоюзном научно-техническом семинаре "Фотоакустическая и акустическая микроскопия твердых тел" (Киев, 1985 г.), XIII Всесоюзной конференции по акустоэлекгронике и квантовой акустике (Черновцы, 1986 г.), научно-технической конференции "Акустоэлектрические и фотоакустические методы исследования полупроводников" (Киев, 1986 г.), XI и XII Всесоюзных конференциях "Неразрушающие физические методы контроля" (Москва, 1987 г. и Свердловск, 1990 г.), международной конференции по оптике им. Э. Аббе (Йена, ГДР, 1989 г.), Всесоюзной школе-семинаре "Фотоакустическая спектроскопия и микроскопия (фотоакустические и термоволновые явления)" (Душанбе, 1989 г.), международных конференциях "Int. Conf. on Photoacoustic and Photothermal Phenomena" - VII (Дорверс, Нидерланды, 1991 г.), VIII (Гваделупа, Франция, 1994 г.), IX (Нанкин, КНР), X (Рим, Италия, 1998 г.), XI (Киото, Япония, 2000 г.), XII (Торонто, Канада, 2002 г.), XIII (Рио-де-Жанейро, Бразилия, 2004 г.), XIV (Каир, Египет, 2007 г.), международных конгрессах "Thermal Stresses - 1П" (Краков, Польша, 1999 г.), IV (Осака, Япония, 2001 г.), V (Блэксбург, США, 2003 г.), VI (Вена, Австрия, 2005 г.); международной школе "Laser Optoacoustics and Photothermal Phenomena", (JIa Хойя (La Jolla), США, 1999 г.), европейских конференциях "European Conf. on Thermophysical Properties" - 15-й (Вюрцбург, Германия, 1999 г.), 16-й (Лондон, Англия, 2002 г.); 5-ом международном семинаре "Workshop on Photoacoustic and Photothermics" (Катовицы, Польша, 2000 г.), 6-й международной конференции "Int. Conf. on Residual Stresses" (Оксфорд, Англия, 2000 г.), Всероссийских съездах по теоретической и прикладной механике - VIII (Пермь, 2001 г.), IX (Нижний Новгород, 2006 г.), международной конференции "Int. Conf. on Failure Analysis and Metals Properties Monitoring" (Екатеринбург, 2001 г.), конференциях "Лазеры, измерения, информация" (Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2004, 2007 гг.), европейском конгрессе "Materials Week 2002" (Мюнхен, Германия, 2002 г.), XV международной конференции "Int. Conf "Physics of Fracture and Plasticity of Materials" (Тольятти, Россия, 2003 г.); XXXI-XXXV международных школах-

-10-

конференциях "Summer School" - Conference "Advanced Problems in Mechanics" (Репино, Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007 гг.), 14-й Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2005 г.), международных семинарах "Int. Topical Meeting on Optoinformatics", (Санкт-Петербург, 2005, 2006 гг.), 7-й европейской конференции European Conf. on Residual Stresses (Берлин, Германия, 2006), 24-й европейской конференции European Conference on Surface Science (Париж, Франция, 2006), 46 международной конференции "Актуальные проблемы прочности" (Витебск, Белоруссия, 2007 г.), 13-й международной конференции "Int. Conf. on Surface Science" (Стокгольм, Швеция, 2007 г.).

Результаты работы, как в целом, так и отдельные ее части, докладывались также на физических семинарах в СПбГПУ, университете им. Ф. Шиллера (Иена, Германия), Штутгартском университете (Штутгарт, Германия), институте проблем машиноведения РАН, институте фундаментальных технических проблем ПАН, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.

Структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав и заключение. Каждая из глав имеет раздел "Выводы", в котором суммируются полученные в ней результаты. Все основные полученные результаты и общие выводы по работе приведены в разделе "Заключение".

Общий объем диссертации составляет 319 страниц машинописного текста, включая список цитируемой литературы из 247 наименований и список из 108 публикаций автора по теме диссертации. Диссертация содержит 77 рисунков и 1 таблицу.

Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает персональный вклад автора в опубликованные работы. Непосредственное участие коллег и зарубежных партнеров автора диссертации в исследованиях отражено в виде их соавторства в опубликованных работах (см. список публикаций автора). В целом вклад автора в выбор направлений исследований, постановку задач, планирование и проведение теоретических и экспериментальных работ, оценку полученных в работе результатов был определяющим.

- И -

На защиту выносятся следующие положения:

1. Развитый в рамках теории возмущений теоретический подход позволяет производить расчет процессов генерации, распространения и рассеяния температурных, термоупругих и акустических волн в твердотельных объектах с неоднородностями различной формы и различной физической природы -тепловой, термоупругой, упругой. Разработанный подход впервые позволил в общей форме установить связь параметров волновых ФТ и ФА процессов с характеристиками неоднородностей в слабо неоднородных объектах, получить аналитические выражения для передаточных функций систем ФА и ТВ микроскопии при различных режимах работы. Он также создает теоретическую базу для интерпретации широкого круга экспериментальных данных ТВ и ФА микроскопии.

2. Разработанная в рамках волновой оптики теория образования ФД и ФР сигналов позволяет установить границы применимости приближения геометрической оптики при интерпретации данных ФД и ФР экспериментов, касающихся в первую очередь определения теплофизических характеристик твердотельных объектов и структур. Предложенная теория позволяет существенно повысить пространственную разрешающую способность ФД и ФР методов при проведении локальных теплофизических измерений благодаря адекватной интерпретации экспериментальных данных в области тепловых волн высокой частоты. С ее помощью выяснены оптимальные условия применения интерференционного и ФД методов для регистрации ТВ процессов.

3. Предложенная в работе теоретическая модель нелинейного ФА эффекта в напряженных материалах позволяет производить расчет волн термоупругих деформаций и ФА колебаний в объектах с внутренними напряжениями и на основании полученных в работе экспериментальных данных проанализировать степень влияния нелинейных термоупругих и акустических параметров на ФА эффект в напряженных материалах. Ее использование позволяет выяснить связь ФА сигнала с коэффициентами интенсивности полей напряжений вблизи

-12-

внутренних дефектов (в первую очередь вблизи концов трещин), что впервые позволило объяснить экспериментальные данные по влиянию напряжений различных типов (нормальных, касательных) на поведение ФА сигнала вблизи концов трещин.

4. Разработка комплексного экспериментального подхода к изучению ТВ и ФА процессов позволила экспериментально обнаружить влияние внешних и внутренних напряжений на ФА колебания в керамиках и металлах, а также позволила независимым образом контролировать вклад теплофизических и термоупругих процессов в ФА сигнал. Предложенные в работе экспериментальные и теоретические методики позволяют производить оценки параметров полей внутренних напряжений по данным ФА микроскопии, определять чувствительность ФА метода к механическим напряжениям в различных материалах, развивать принципиально новые методики неразрутающего контроля внутренних напряжений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи работы, ее научная новизна, выдвинуты положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней рассмотрено состояние современных ФА и ТВ исследований в области конденсированных сред, отмечены основные проблемы в этой области. Описываются основные механизмы генерации акустических волн и колебаний в твердых телах оптическим излучением. Отмечается, что современные ФА и ТВ методы позволяют производить детальную диагностику состояния теплофизических, упругих и термоупругих свойств материалов. Серьезное внимание уделяется описанию состояния оптических методов регистрации ФА и ТВ процессов.

В первой главе приведен сравнительный анализ различных оптических методов регистрации температурных волн. Показано, что ФД, ФР и интерференционный методы являются наиболее перспективными с точки

- 13-

зрения чувствительности, разрешающей способности, бесконтактного характера получения информации. Кратко рассмотрены процессы образования сигналов в ФД, ФР и интерференционном методах, проанализированы теоретические модели расчета их сигналов в рамках существующих моделей. Сделан вывод о том, что для расширения границ использования перечисленных методов в область более высоких частот тепловых волн необходимо дальнейшее развитие теоретических моделей образования их сигналов с учетом процессов дифракции зондирующего лазерного излучения на тепловых неоднородностях, генерируемых излучением возбуждающего лазера вблизи объекта или на его поверхности.

Серьезное внимание уделено вопросам применения волновых ФА и ФТ методов для диагностики неоднородных объектов. Рассмотрены общие принципы ФА и ТВ микроскопии и методы расчета процессов оптической генерации, распространения и рассеяния температурных волн в гетерогенных средах. Показана необходимость разработки общего систематического подхода к теоретической проработке этих вопросов. Приведен краткий обзор применений методов ФА и ТВ микроскопии для диагностики теплофизических параметров, кинетических и релаксационных процессов, профилирования по глубине непрозрачных объектов.

Важное внимание уделено анализу состояния ФА исследований в области напряженных материалов. В целом отмечается важность проблемы диагностики внутренних напряжений на современном уровне развития науки и техники. На основании анализа современного состояния подобных ФА исследований делается заключение о необходимости развития теоретических моделей ФА эффекта в напряженных материалах, а также проведения дальнейших экспериментальных исследований в этой области. Отмечается, что дальнейшие экспериментальные исследования необходимо проводить в рамках комплексного подхода, позволяющего независимым образом контролировать теплофизические, термоупругие и упругие процессы в изучаемых объектах.

-14-

Во второй главе сформулированы основные положения теории ФД, ФР и интерференционного методов с учетом взаимодействия считывающего лазерного излучения с неравномерно и не стационарно нагретой средой (например, "тепловой линзой") в рамках волновой оптики.

В этой главе впервые развита теория образования ФД сигналов в рамках волновой оптики, отмечается важность подхода подобного рода [1, 2]. В рамках такого подхода показано, что вычисление ФД сигнала представляет собой дифракционную задачу особого типа и сводится к определению распределения амплитуды электрического поля в пучке считывающего лазера в плоскости позиционно-чувствительного фотодетектора после его взаимодействия с "тепловой линзой" (см. рис. 1).

Рис 1 Схема расположения основных элементов оптической системы при регистрации ТВ процессов ФД методом с перпендикулярной геометрией расположения лазерных пучков

В рамках нашей модели "тепловая линза" рассматривается в виде тонкого прозрачного элемента, а ее показатель преломления модулируется температурными волнами, генерируемыми возбуждающим лазером. Указанная комплексная амплитуда вычисляется с помощью интеграла Френеля-Кирхгофа, учитывая, что расстояние между плоскостью "тепловой линзы" и фотодетектором значительно превышает радиус пучка считывающего лазерного излучения. Специально оценивается возможное влияние волновых эффектов при распространении тепла на параметры ТВ сигналов [3].

- 15 -

Для выяснения роли эффектов волновой оптики при формировании ФД сигналов были поставлены и решены задачи, соответствующие перпендикулярной и параллельной ориентациям пучков считывающего и возбуждающего лазерных пучков относительно друг друга. Для ФД сигналов были получены аналитические выражения, связывающие характеристики этих сигналов с параметрами "тепловой линзы", зондирующего лазерного излучения и расстоянием между "тепловой линзой" и фотодетектором [1, 4-7]. В общем случае выражения для ФД сигналов, полученные в рамках волновой оптики, существенно отличаются от аналогичных результатов, полученных в приближении геометрической оптики. Их совпадение имеет место только в предельном случае, когда радиус пучка считывающего лазера мал по сравнению с длиной тепловых волн. Полученные аналитические выражения имеют достаточно сложную структуру (содержат, в частности, специальные функции), поэтому их дальнейший анализ проводился численными методами.

Анализ зависимости ФД сигнала от расстояния Ь между "тепловой линзой"

и фотодетектором показал, что при Ь = = ^Ш (г - радиус пучка

Я

считывающего лазера в фокальной плоскости, Я - длина его световой волны) сигнал составляет приблизительно 70% от максимальной величины. При Ь > 5Ц он практически достигает насыщения. Поэтому дальнейший анализ проводился для условий, соответствующих его максимальной амплитуде, т.е. при Ь —> <*>.

В этом случае, например, для нормальной компоненты ФД сигнала было получено выражение

5({)=К$с1у1с{110{у,г}р(у,ы)1тегГ (г-го^(±+ '

( ГГГ.-—\

(1)

2 и кг

2

У

где К - коэффициент пропорциональности между интенсивностью света на фотоприемнике и электрическим сигналом, /0 - распределение интенсивности считывающего пучка, (р - набег фазы излучения считывающего лазера при прохождении тепловой линзы, к = 2лИ.

-16-

На основании численных расчетов показано, что отношение сигналов, рассчитанное в рамках волновой оптики и в приближении геометрической оптики, зависит в первую очередь от соотношения между длиной тепловых волн в отклоняющей среде и радиуса считывающего пучка в плоскости "тепловой линзы". Было установлено, что влияние волновых эффектов на амплитудную и фазовую составляющие ФД сигнала начинает существенно проявляться при г = ц, где ц - длина тепловых волн в отклоняющей среде. Следует отметить, что эффекты волновой оптики сильнее влияют на фазу ФД сигнала, чем на его амплитуду.

Во второй главе приведены результаты экспериментальной апробации предложенной модели образования ФД сигнала [5]. Например, для перпендикулярной конфигурации расположения считывающего и возбуждающего лазерных пучков для воздушной среды она была выполнена в диапазоне частот модуляции от 100 Гц до 10 кГц. Было показано, что волновая модель хорошо описывает поведение сигнала во всем диапазоне радиусов

считывающего пучка, тогда как результаты расчета фазы с помощью геометрической модели расходились с данными эксперимента на высоких частотах (см. рис. 2). Подобные расхождения могут приводить к значительным неточностям при измерениях теп-лофизических параметров мате-

0 -

-50 -

-100 -

е-

-160 -

о

-200 -

-250 -

-300 -

20

Т~ГГ 80

100

40 60 А Гц*

Рис.2 Зависимость фазы ФД сигнала от частоты риалов ФД методом. В связи с модуляции Теоретическом}' расчету

соответствуют кривые"___- для нулевого

радиуса считывающего пучка,____-

приближение геометрической оптики,_ -

волновая оптика Экспериментальные данные- ■ при г = 32 мкм, - при г — 48 мкч

этим в работе для количественной интерпретации данных ФД экспериментов для различных материалов использовались результа-

ты, полученные в рамках волновой оптики [8-11].

Полученные результаты для ФД метода были обобщены на случай материалов с анизотропными теплофизическими свойствами. С их помощью ТВ методами были оценены значения коэффициентов тепловой диффузии керамики нитрида кремния [12], а также некоторые параметры трещин в керамиках (величина раскрытия, теплового сопротивления).

Развита модель образования ФР сигнала в рамках волновой оптики [13, 14]. Рассмотрены случаи падения пучка зондирующего лазера перпендикулярно и наклонно по отношению к поверхности объекта. Полученные выражения для ФР сигнала показывают, что в общем случае волновые эффекты влияют на характеристики ФР сигнала. В частности, показано, что при отражении от поверхности может происходить модуляция фазы ФР сигнала тепловыми волнами. Выполненный теоретический анализ позволил определить границы применимости геометрической оптики для расчета ФР сигналов.

Разработанные теоретические модели образования ФД и ФР сигналов носят универсальный характер и могут использоваться для интерпретации экспериментальных данных, касающихся различных объектов [12-17].

В третьей главе разработаны теоретические и экспериментальные основы интерференционного метода локальной регистрации ТВ для прозрачных и непрозрачных объектов. Получены общие выражения для интерферометрических сигналов при перпендикулярной и параллельной конфигурации расположения пучков зондирующего и возбуждающего лазеров с использованием подходов волновой оптики [4].

Серьезное внимание уделено сравнению интегральной и пороговой чувствительностей интерферометрического и ФД методов при одинаковых экспериментальных условиях. Теоретический анализ проведен для обеих конфигураций этих методов. Установлены условия, при которых интерферометрический метод обладает более высокой чувствительностью при детектировании ТВ [18, 19]. Результаты анализа для перпендикулярной

- 18-

конфигурации показывают, что отношение сигналов зависит от частоты модуляции / возбуждающего излучения и радиуса р греющего излучения (см. рис.3) [19]. При р->со отношение интерферометрического сигнала к ФД сигналу достигает максимальной величины, которая обратно пропорциональна

//2. С уменьшением р отношение монотонно уменьшается. При р=0 это

отношение минимально.

Для параллельной геометрии расположения лазерных пучков исследовалось отношение максимальных амплитуд сигналов. Амплитуда интерферометрического сигнала в этом случае максимальна, если оси пучков совпадают. Для ФД сигналов существует, зависящее от радиусов пучков и длины тепловой диффузии, оптимальное расстояние между осями пучков, которое находилось численно для каждого набора параметров пучков и объекта.

В этом случае характер зависимости отношения амплитуд сигналов от/и р сохраняется. Отличительной особенностью поведения сигналов в этой геометрии является то, что при /-»со отношение сигналов не стремится к нулю, а его минимальное значение составляет 5,29. С другой стороны при увеличении р это отношение неограниченно возрастает вследствие уменьшения градиента температурного поля, определяющего ФД сигнал.

Выполнен анализ шумов различной природы для обоих методов. Он показал, что отношение пороговых чувствительностей интерферометрического и ФД методов может быть больше отношения их интегральных чувствительностей. Практическая реализация потенциальных преимуществ

-19-

Рис 3. Теоретические и экспериментальные зависимости отношения чувствительностей интерферометрического и ФД методов от / ~т. Кривая 1 соответствует р = 103 мкм, 2 - р - 102 мкм, 3 - р = 1 мкм Для всех кривых го = 30 мкм, = 0 23 см2/с, к3 = 1 см2/с

интерферометрического метода зависит от используемой экспериментальной схемы [20]. Предложена и практически реализована интерферометрическая схема с двумя дифракционными решетками для локальной регистрации ТВ [18, 19]. Реализованная оптическая схема позволила экспериментально проверить теоретические результаты, полученные в предыдущем разделе, причем для регистрации ФД сигнала использовался пучок в нулевом порядке дифракции [18]. Показано, что принципиальным достоинством предложенной оптической схемы интерферометра является возможность использования дифференциальных схем, компенсирующих шумы временных флуктуации излучения считывающего лазера и вибраций элементов оптической системы. Установлено, что предложенная интерферометрическая схема регистрации ТВ более устойчива к акустическим шумам, чем схема, используемая в ФД методе.

Предложенные методы были использованы для исследования многослойных структур типа металл - диэлектрик (ЗЮ2) - полупроводник ф). Показана возможность регистрации с их помощью слоя диэлектрика толщиной несколько десятков нанометров [21]. На примере данной структуры было продемонстрировано, что использование интерферометрического метода позволяет в несколько раз сократить время получения ТВ изображений.

Таким образом, теоретически и экспериментально показано, что в герцовом и нижнем килогерцовом диапазоне частот ТВ интерферометрический метод позволяет получить более высокую, чем в ФД метод, чувствительность, а также повысить скорость получения ТВ изображений твердотельных объектов.

В четвертой главе разработана методика расчета процессов генерации, распространения и рассеяния температурных волн в неоднородных твердотельных объектах в рамках теории возмущений. Полученные теоретические результаты применены для анализа характеристик систем ТВ микроскопии. В ней развит общий метод расчета ТВ и волновых ФА процессов в твердотельных объектах со слабыми неоднородностями произвольной формы. В рамках теории возмущений с помощью интегральных преобразований Фурье

-20-

найдены решения уравнения теплопроводности для неоднородной среды при условии, что вариации теплоемкости и теплопроводности мало отличаются от средних параметров среды. В этом приближении получены выражения для ФД, интерферометрического и ФА сигналов [22, 23].

Для систем лазерной ТВ микроскопии введены передаточные функции, описывающие поведение сигнала от неоднородного тонкого слоя, параллельного поверхности объекта с теплофизическими параметрами, изменяющимися с определенной пространственной частотой. Анализ полученных передаточных функций систем ФД, интерферометрической и ФА микроскопии показал, что ТВ изображения, обусловленные неоднородностями теплоемкости и теплопроводности, формируются по-разному. Он также показал, во-первых, что при регистрации неоднородностей теплоемкости существует оптимальная частота ТВ, а во-вторых, что при увеличении радиуса пучка возбуждающего лазерного излучения разрешение ФА систем падает значительно быстрее, чем ФД и интерферометрических систем [22,23].

В главе 4 приведены примеры использования методов ТВ микроскопии для диагностики полупроводниковых структур, модифицированных в результате облучения быстрыми протонами или ионами. Показано, что полученные для них экспериментальные данные достаточно хорошо описываются с помощью введенных передаточных функций [24-27].

В главе 4 детально рассмотрены процессы образования сигналов в системах ФА микроскопии, основанных на использовании пьезоэлектрических детекторов [28, 29]. В рамках сформулированной задачи считалось, что неоднородный твердотельный объект характеризуется модулями упругости, зависящими от координат. Коэффициент термоупругой связи объекта при этом также считался зависящим от координат. В общем случае решение подобной задачи связано с серьезными математическими сложностями. В связи с этим для ее решения был разработан подход, основанный на теории возмущений и предполагающий, что упругие и термоупругие свойства объекта слабо

-21 -

изменяются относительно их среднего уровня. Специально проанализированы особенности применения данного подхода к исследованию твердотельных объектов, находящихся в напряженном состоянии.

В работе поставленная задача была решена для объектов с фиксированной и свободной границей [30, 31]. При этом для получения аналитических решений использовалось квазистатическое приближение, при котором длина ТВ оказывается существенно меньше длин акустических волн. Следует отметить, что квазистатическое приближение для большинства материалов справедливо вплоть до достаточно высоких частот, порядка 1 ГГц. Полученные при этих условиях аналитические выражения для компонент вектора деформаций могут быть использованы для решения широкого круга задач по термоупругости неоднородных объектов. Их знание, в частности, позволило определить сигналы от ФА колебаний неоднородных объектов, регистрируемые с помощью пьезоэлектрического элемента, в следующей форме [30, 31]:

АУ(г ,й}) = С\с1гг'у1(Г)г(0\г'-7,а>), (2)

где С - коэффициент, зависящий от параметров пьезодатчика, у1 - коэффициент термоупругой связи образца, описывающий его неоднородные термоупругие свойства; 7*-0' - нестационарное распределение температуры, генерируемое в образце возбуждающим лазерным излучением в точке г = {х,у,0) на его

поверхности, со - частота модуляции лазерного излучения.

Полученные в этой главе выражения для ФА сигналов могут служить основой для интерпретации данных ФА микроскопии, в частности, для напряженных материалов. Продемонстрирована эффективность их использования для анализа ФА данных, полученных на индентированных керамиках и металлах.

В пятой главе экспериментально и теоретически исследованы вопросы, касающиеся ФА эффекта в напряженных материалах.

В главе 5 дано детальное описание многофункциональной установки для

проведения исследований различными волновыми ФА и ФТ методами [32-37]. Ее важной особенностью является возможность прикладывать внешнее напряжение к образцу непосредственно в процессе ФА и ФТ измерений [37-39]. Возбуждение тепловых и акустических волн в образцах осуществлялось модулированным во времени излучением аргонового лазера. При проведении ФД, ФР и интерферометрических экспериментов в качестве считывающего использовалось излучение He-Ne лазера. Регистрация ФА колебаний осуществлялась с помощью пьезодатчика, подключенного к тыльной стороне образца. Диапазон рабочих частот модуляции ограничивался пределом измерительной аппаратуры и составлял 20 Гц - 150 кГц. Объект автоматически перемещался в двух направлениях с минимальным шагом 2,5 мкм.

В главе 5 волновые методы ФА, ФД и ФР микроскопии были использованы для изучения зон индентации по Виккерсу в керамике нитрида кремния [33-36] и в керамике Al203-SiC-TiC [37, 39]. Был выполнен детальный анализ ФД и ФР изображений областей вблизи концов трещин, характеризующихся сильной концентрацией внутренних напряжений. Экспериментально было установлено отсутствие каких-либо особенностей в поведении ФД и ФР сигналов в них. Анализ ФА сигналов показал, что их значения для этих областей существенно превышало среднего их значения для образцов [33-39].

Для подтверждения связи указанных особенностей ФА колебаний с внутренними напряжениями были выполнены специальные исследования по выяснению влияния нагрузки индентации на величину ФА сигналов вблизи концов трещин [36]. В этих исследованиях было установлено, что при небольших нагрузках на индентор с ее увеличением происходит рост ФА сигнала, однако до определенного значения, соответствующего величине предельно допустимых напряжений для данных материалов. В этом же разделе были выполнены детальные исследования изменения ФА колебаний вблизи концов трещин в керамиках при отжиге [40-42] и продемонстрировано сильное уменьшение ФА сигнала с увеличением времени отжига. При этом после

24 часов отжига при температуре 800°С ФА сигнал не превышал 10% ог исходного значения. Таким образом, полученные результаты показали хорошее соответствие изменений ФА сигнала в напряженных областях с характером изменения этих напряжений при воздействиях обоих типов.

В главе 5 сформулированы основные принципы построения нелинейной теории ФА эффекта в напряженных материалах [35, 36, 42]. Теоретический подход основан на использовании нелинейной модели среды, в которой нелинейные эффекты учитываются введением соответствующих модулей Мурнагана (или эквивалентных им модулей упругости третьего порядка), а также зависящего от напряжений коэффициента термоупругой связи. Плотность энергии материала в данной модели определяется выражением

где Л и ц - коэффициенты Ламэ; /, т, п - постоянные Мурнагана, /[, ¡г, /э - три первых инварианта тензора деформации, у,* - симметричный тензор, определяющий эффективность преобразования соответствующей деформации в плотность термоупругой энергии твердого тела, Ц* - начальные деформации объекта, ДТ= Т- Т0, Т0 - температура окружающей среды.

Разработан метод линеаризации соответствующих этой модели волновых уравнений движения [28, 29, 36]. Получены аналитические выражения для упругих волн и ФА колебаний в однородно напряженных материалах. Приведены выражения для коэффициента термоупругой связи, объясняющие влияние напряжений на наблюдающиеся в керамиках ФА эффекты.

Важной задачей данной работы являлось изучение особенностей поведения ФА колебаний в напряженных участках материалов вблизи концов трещин [39, 43]. С помощью предложенной теории для ФА колебаний вблизи концов вертикальных трещин получен следующий результат-

V = (Л + 2/л)~- - 2р[г + (/ + 2т)~ - 2т1,12 + л/3 - Гл («л ~ и.к > (3)

А У(г,в,а) = А (К 10) + К5т2 Лов - - ят ф соя ф

■ 9 глл Бт- , (4)

где А - некоторый коэффициент пропорциональности, коэффициенты интенсивности напряжений, характеризующие поведение внутренние напряжения вблизи концов радиальных трещин при индентировании и при воздействии внешних нагрузок; г - расстояние от конца трещины до точки наблюдения, ф - угол между направлением трещины и направлением действия внешней нагрузки, в - угол между направлением трещины и направлением на точку наблюдения.

Для проверки приведенной модели формирования ФА колебаний было выполнено сравнение теоретических результатов с ФА экспериментальными данными, полученными из изображений , мест индентации в керамиках [37-39, 41, 42]. На рис. 4. приведены типичные изображения этих областей для исходного и нагруженного состояний образцов.

Рис. 4. ФА пьезоэлектрическое изображение области индентации в керамике АЬОз^С-"ПС при отсутствии и воздействии внешней нагрузки 170 МПа. Размер изображения 480 х 500 мкм2. Частота модуляции возбуждающего излучения 142 кГц

На рис. 5 представлены результаты сравнения теоретических и экспериментальных данных для поведения ФА сигналов вблизи концов трещин 1 и 2 в направлениях, отмеченных на рис. 4. Угол ф для этих трещин составлял, соответственно, 75° и 17°. Из рис. 5 видно, что оба случая достаточно хорошо описываются в рамках разработанной теоретической модели.

В главе 5 также представлены результаты исследования ФА эффекта для

более сложного случая трещин, расположенных под некоторым произвольным углом относительно направления действия внешней нагрузки [39,42].

Рис. 5 ФА сигнал вблизи концов трещин 1 и 2 без нагрузки и с нагрузкой. Кривая 1 -теоретические результаты, 2 - в исходном состоянии, 3 - под нагрузкой 170 МПа

Для этого случая было продемонстрировано хорошее соответствие экспериментальных и теоретических результатов, следующих из выражений типа (4), при различных соотношениях между нормальными и сдвиговыми напряжениями вблизи концов трещин, а также установлена чувствительность ФА метода к приповерхностным технологическим напряжениям [44].

В главе 5 приведены данные, касающиеся ФА эффекта в напряженных металлах [44-49]. Локализованные внутренние напряжения вводились в металлы индентированием по Виккерсу. Получены ФА изображения индентированных областей для различных металлов, включая наноникель и поликристаллическую медь. Исследовано влияние заданных внешних напряжений на поведение ФА колебаний в металлах. Показано, что на них имеются две характерные зоны. Первая из них захватывает участки, расположенные вблизи отпечатка, а вторая - его внутреннюю область. В первом случае показано, что поведение ФА колебаний достаточно хорошо соответствует современным представлениям о характере изменения внутренних напряжений вблизи мест индентации. Во втором случае установлено, что ФА изображения внутренних областей индентации в металлах имеют ярко

-26-

выраженную структуру. При этом воздействие внешних напряжений приводит к значительным изменениям ФА изображений, которые могут частично релаксировать к исходному состоянию при снятии внешнего напряжения. На рис. 6 приведен типичный пример ФА изображения области вдавливания в металлах в исходном и нагруженном состояниях.

Рис. 6. ФА изображения областей индентации по Виккерсу в наноникеле при внешней нагрузке на образец 57 МПа. Размер изображения 1 х 1 мм2. Частота модуляции 142 кГц

Таким образом, результаты главы 5 продемонстрировали достаточно высокую чувствительность ФА колебаний к механическим напряжениям в керамиках и металлах, а также возможность их использования для визуализации и детектирования внутренних напряжений. В ней показана эффективность предложенных моделей ФА эффекта при интерпретации экспериментальных данных для неоднородных и напряженных материалах.

В заключении перечислены основные результаты, полученные в ходе выполнения настоящей диссертационной работы.

Основные результаты и выводы работы

1. Разработан комплексный подход к изучению тепловых и акустических волн и колебаний, генерируемых в неоднородных твердотельных объектах при ФТ и ФА процессах, включающий в себя различные методики диагностики таких процессов, а также соответствующую им теоретическую базу. Разработанный подход носит универсальный характер и может использоваться для изучения волновых ФТ и ФА процессов в материалах различной природы.

2. Развит общий подход к изучению процессов лазерной генерации,

- 27-

распространения и рассеяния температурных волн в неоднородных объектах. В рамках теории возмущений получены аналитические выражения для передаточных функций систем ФД, интерферометрической и ФА микроскопии. Определены оптимальные условия их применения. Исследовано влияние различных теплофизических параметров на ТВ изображения объектов. Показана возможность определения характера теплофизических неоднородностей объектов путем количественного анализа ТВ изображений.

3. В рамках теории возмущений разработана методика расчета волновых и колебательных ФА процессов, генерируемых лазерным излучением, в неоднородных объектах. В квазистатическом приближении получены аналитические выражения для различных компонент вектора деформаций. Определена связь ФА колебаний при пьезоэлектрическом способе регистрации с неоднородностями термоупругих свойств материала. Полученные в этой области теоретические результаты могут служить научной базой для интерпретации данных ФА и ТВ микроскопии.

4. Разработана теория образования ФД и ФР сигналов в рамках волновой оптики, позволившая существенно расширить границы использования этих методов при ТВ измерениях. На основании полученных аналитических выражений и численных расчетов проведено сравнение ФД и ФР сигналов с аналогичными сигналами, полученными в приближении геометрической оптики. Показано, что при количественном анализе ФД экспериментов необходимо учитывать волновые эффекты при радиусе пучка зондирующего лазера, сравнимом с длиной тепловой волны. Определены границы применимости геометрической оптики при описании ФД и ФР сигналов.

5. Произведено сравнение ФД и интерферометрического методов регистрации тепловых волн. Экспериментально и теоретически установлено, что отношение амплитуд интерферометрического и ФД сигналов увеличивается с уменьшением частоты модуляции и радиуса пучка считывающего излучения Продемонстрирована более высокая чувствительность интерферометрического

-28-

метода по сравнению с ФД методом в указанных условиях. Определены оптимальные условия применения этих методов.

6. Предложена новая оптическая схема реализации интерферометрического метода по регистрации температурных волн в прозрачных и непрозрачных объектах. Экспериментально установлено, что наряду с более высокой чувствительностью использование интерферометрического метода существенно снижает требования к виброизоляции установки по сравнению с ФД методом. Показано, что повышение такой устойчивости позволяет значительно повысить скорость построения ТВ изображений объектов при относительно невысоких частотах.

7. Теоретически и экспериментально отработаны способы определения лазерными ТВ методами теплофизических параметров объемных материалов и многослойных структур. Предложенные способы апробированы на примерах объемных материалов и многослойных структур различных типов (типа металл-диэлеюрик-полупроводник, неоднородных полупроводниковых структур, модифицированных быстрыми протонами или ионами), керамик с подповерхностными трещинами. Проанализированы предельные возможности этих методов при решении задач по определению теплофизических и геометрических параметров многослойных структур, трещин в керамиках.

8. Разработана нелинейная теоретическая модель ФА эффекта в напряженных материалах. Разработан метод линеаризации получаемых с ее помощью нелинейных уравнений движения. Определена связь ФА колебаний с термоупругими свойствами напряженных объектов.

9. Теоретически проанализировано поведение ФА колебаний вблизи концов вертикальных трещин. Установлена связь ФА сигнала с полями внутренних и внешних напряжений различных типов (нормальных, касательных), а также с коэффициентами интенсивности напряжений, характеризующих эти поля.

10. Методами ФА микроскопии экспериментально подтверждены основные теоретические выводы предложенной модели о поведении ФА колебаний

-29-

вблизи концов трещин при наличии внутренних и внешних напряжений Показано, что разработанные экспериментальные и теоретические модели позволяют производить количественные оценки коэффициентов интенсивности напряжений для полей напряжений различных типов.

11. Экспериментально установлено сильное влияние внутренних и внешних напряжений на ФА изображения мест индентации в металлах. Показано, что поведение ФА колебаний вблизи области индентации соответствует характеру распределения внутренних напряжений, предсказываемому современными теоретическими моделями. Продемонстрировано сильное влияние внешних напряжений на ФА изображения внутренних областей зон индентации в металлах. Предложены методики оценки внутренних напряжений в металлах по характеру распределения ФА сигналов внутри зон индентации.

Полученные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные результаты создают новые физические и информационные подходы к описанию широкого круга волновых и колебательных ФА и ФТ процессов, а также научную базу для разработки новых методов диагностики и микроскопии твердотельных объектов и структур, включая материалы в напряженном состоянии.

Основные публикации по материалам диссертации

1. Glazov A.L., Muratikov K.L. Photodeflection signal formation in thermal wave spectroscopy and microscopy of solids within the framework of wave optics. "Mirage" effect geometry // Opt. Comm. - 1991. - Vol. 84. - № 5-6. - pp. 283-289.

2. Гуревич С.Б., Муратиков К Л. Фототермоакустика. М.: Знание, 1990, 64 с.

3. Муратиков К Л. Об особенностях поведения температурных волн в твердых телах при описании теплопроводности уравнением гиперболического типа // Письма в ЖТФ,- 1995. -Т. 21. -Ks 12.-С. 88-94.

4. Глазов АЛ., Муратиков К.Л. ФД и интерферометрический методы регистрации сигнала в ТВ микроскопии и спектроскопии //ЖТФ.-1991.-Т. 61.-№ II.-С. 187-196

5. Глазов А Л., Муратиков К.Л. Расчет ФД сигнала в рамках волновой оптики // ЖТФ.

-30-

- 1993.-Т. 63,-№4.-С. 160-166.

6. Glazov A.L., Muratikov К L. Simulations of PD measurements of thermal diffusivity of solids. Wave optics approach // J. Appl Phys - 1994. - Vol. 76. - № 6. - pp. 3279-3284.

7. Sandoval-Romero G.E., Garcia-Valenzuela A , Sanchez-Perez C., Hernandez- Cordero J , Muratikov K.L. Device for characterization of thermal effusivity of liquids using PT beam deflection // Rev. Sci. Instrum. - 2007. - Vol. 78. -№ 10. - p. 104901 (7 pages).

8. Глазов A.JI., Муратиков КЛ. Теория образования ФД сигнала в рамках волновой оптики при лазерных термоволновых экспериментах с твердотельными объектами. Тангенциальная компонента//ЖТФ. - 1994. - Т 64. - № I. - С. 118-127.

9. Муратиков КЛ., Глазов АЛ. К вопросу об измерении теплофизических параметров объемных материалов ФД методом // Письма в ЖТФ. -1995. - Т. 21.- № 21. - С. 32-38.

10. Glazov A.L., Muratikov K.L. Measurement of thermal parameters of solids by a modified photodeflection method // Opt. Eng. - 1997. - Vol. 36. - № 2. - pp. 358-362.

П.Глазов АЛ., Муратиков КЛ. Особенности поведения ФД сигнала в системах ТВ микроскопии и спектроскопии с двумя объективами // ЖТФ. -1993. - Т. 63. - № 7. -С. 115-122.

12. Муратиков К.Л., Глазов АЛ. Определение теплофизических характеристик и параметров трещин в керамиках ФД методом // ЖТФ. - 2001. - Т. 71. - № 6. - С. 110-115.

13.Муратиков К.Л. Формирование ФР сигнала в рамках волновой оптики при ТВ экспериментах с твердыми телами // ЖТФ. - 1995. - Т. 65. - № 2. - С. 95-107.

14. Муратиков K.JI. Формирование фоторефлекционного сигнала в рамках волновой оптики при термоволновых исследованиях твердотельных объектов // Оптика и Спектроскопия. - 1996. - Т. 80. - № 4. - С. 665-670.

15. Muratikov K.L.,.Glazov A.L, Walther H.G. Photothermal measurement of the thermal parameters of volume materials and thin films by the photodeflection method // High Temperatures-High Pressures. - 1999. - Vol. 31. - pp. 69-73.

16. Muratikov K.L., Usov I.O., Walther H.G., Karge H., Suvorov A.V. Photothermal reflectance investigation of ion implanted 6H-SiC // Appl. Phys. Lett. - 1997 - Vol. 71. -№20.-pp. 3001-3003.

17. Вальтер Х.Г., Карге X., Муратиков K.JI., Суворов А.В., Усов И.О. Исследование имплантированных слоев в карбиде кремния модуляционным фоторефлекцион-

ным методом. Письма ЖТФ. - 1997. - Т. 23. - № 13. - С. 11-20.

18. Глазов AJI., Муратиков К Л. О фотодефлекционном и ннтерферометрическом методах регистрации сигнала в термоволновой микроскопии и спектроскопии // Письма в ЖТФ. - 1990. - Т. 16. - № 18. - С. 81 -87.

19. Wallher H.G., Friedrich К., Haupt К., Muratikov K.L., Glazov A.L. New phase interference technique applied for sensitive photothermal microscopy //Appl. Phys. Lett. -1990.-Vol. 57.-№ 16.-pp. 1600-1601.

20.Гуревич С.Б., Муратиков К.JI. Сигналы и шумы в фотоакустической системе // Тез. докладов II Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы развития радиооптики», М., 1985 - Часть 2. - С. 230-231.

21. Глазов А.Л., Муратиков К Л. Исследование многослойных твердотельных структур фотодефлекционным методом//Дефектоскопия. - 1989.-№ 9. - С. 35-41.

22. Глазов АЛ., Муратиков КЛ. Об изображениях твердотельных объектов, формируемых системами ФА микроскопии // ЖТФ. - 1987. - Т. 57. - № 11. - С. 2184-2191.

23. Глазов АЛ., Гуревич СБ, Муратиков КЛ О характеристиках ФА систем для построения изображений твердотельных объектов //ЖТФ. -1987.-Т.57.-№3.-С. 600-602.

24. Глазов АЛ., Калиновский B.C., Муратиков К Л. Исследование влияния облучения GaAs высокоэнергетическими протонами на характеристики термоволновых сигналов // Письма в ЖТФ. - 1992. - Т. 18. - № 5. - С. 9-14.

25.Glazov A.L., Muratikov K.L., Suvorov A.V. Thennal wave measurement of ion implanted semiconductors in the mirage effect geometry // Appl. Phys. Lett. - 1992. -Vol. 61.-№5.-pp. 569-571.

26. Глазов А.Л., Муратиков КЛ., Суворов A.B. Влияние процессов ионной имплантации на характеристики термоволновых сигналов от полупроводниковых материалов в геометрии эффекта "миража"//ЖТФ. - 1993.-Т. 63,-№2.-С. 160-166.

27. Глазов А.Л., Муратиков КЛ. Исследование процессов формирования изображений твердотельных объектов в системах фотодефлекционной микроскопии // ЖТФ. - 1989. - Т. 60. - № 2. - С. 164-170.

28. Муратиков КЛ. К теории генерации механических колебаний лазерным излучением в твердых телах с внутренними напряжениями // Письма в ЖТФ. -1998. - Т. 24. - № 13. - С. 82-88.

29. Муратиков К JI. Теория генерации механических колебаний лазерным излучением в твердых телах с внутренними напряжениями на основе термоупругого эффекта // ЖГФ. - 1999. - Т. 80. - № 4. - С. 665-670.

30. Муратиков K.JI. О формировании изображений неоднородных объектов лазерным фотоакустическим методом // Письма в ЖТФ. - 2004. - Т. 30. - № 22. - С 58-64.

31. Муратиков К.Л. О формировании изображений неоднородных объектов со свободной границей лазерным ФА методом // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31. - № 19. -С. 59-66.

32.Ганжерли Н.М., Глазов А.Л., Григорьев Г.К., Муратиков K.JI. Способ определения теплофизических и упругих параметров твердых материалов. A.C. СССР № 1805285, 1992(приоритет от 23.11.1988).

33. Муратиков К.Л., Глазов А.Л., Роуз Д.Н., Думар Д.Е., Квай Г.Х. ФД и ФА микроскопия трещин и остаточных напряжений, образующихся в керамике нитрида кремши при вдавливании по Виккерсу // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т.23. -№5.-С. 44-52.

34. Муратиков КЛ., Глазов АЛ., Роуз Д.Н., Думар Д.Е. Исследование влияния остаточных напряжений на теплофизические и термоупругие свойства керамики нитрида кремния ФТ и ФА методами // Письма в ЖТФ. -1998. - Т. 24. - № 5. - С. 40-48.

35.Муратиков К.Л., Глазов АЛ. Теоретическое и экспериментальное исследование фотоакустического и электронно-акустического эффектов в твердых телах с внутренними напряжениями II ЖТФ. - 2000. - Т. 70. - № 8. - С. 69-76.

36.Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustic effect in stressed elastic solids // J. Appl. Phys. - 2000. - Vol. 88. - № 5. - pp. 2948-2955.

37. Муратиков К.Л., Глазов А.Л., Роуз Д.Н., Думар Д.Е. О влиянии внешней механической нагрузки на поведение фотоакустического сигнала от радиальных трещин в Al203-SiT-TiC керамике // Письма в ЖТФ. - 2002. - Т. 28. - № 9. - С. 48-57.

38.Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustics of the stressed state in solids. Abstr. of the 11th Int. Conference on Photoacoustics and Photothermal Phenomena. - Toronto, Canada, 2002, p. 200 (invited).

39. Муратиков К.Л., Глазов АЛ. Влияние внешней механической нагрузки на упругие напряжения вблизи радиальных трещин в A^Oj-SiC-TiC керамике, регистрируемые

фотоакустическим методом //ЖТФ. - 2003. - Т. 73. - № 8. - С. 90-97.

40. Муратиков К JL, Глазов А Л., Николаев В.И., Роуз Д.Н., Думар Д.Е. Влияние отжига на поведение фототермического и фотоакустического сигналов or АЬОз-SiT-TiC керамики // Письма в ЖТФ - 2001. - Т. 27. - № 12. - С. 33^1.

41.Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustics of the stressed state in solids // Rev. Sci. Instrum. - 2003. - Vol. 74. - № 7. - pp. 3531-3535 (materials of the invited lecture at 12 ICPPP).

42.Muratikov K.L., Glazov A.L. Theoretical and experimental investigation of the photoacoustic effect in solids with residual stresses // Central European Journal of Physics. - 2003. - Vol. 1. - № 3. - pp. 485-515 (review paper) (http://www.cesi.com1.

43.Muratikov K.L. Theory of the stresses influence on the photoacoustic thermoelastic signal near the vertical crack // Rev. Sci. Instrum. - 2003. - Vol. 74. - № 1. - pp. 722-724.

44.Muratikov K.L., Glazov A.L. Laser photoacoustic microscopy of mechanical stresses in modem ceramics and metals // Mat. Sci. Forum. - 2006. - Vols. 524-525. - pp. 471-476.

45.Muratikov K.L., Glazov A.L. Influence of external and technological stresses on PA images of Vickers indented ceramics and metals // Proc. SPIE. - 2007. - Vol. 6594. -p. 65941J (9 pages).

46.Муратиков К.Л., Глазов А.Л., Николаев В.И. ФА термоупругий эффект вблизи области индентации по Виккерсу в наноникеле // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т.31. -№16.-С. 19-25.

47.Muratikov K.L., Glazov A.L. Laser PA microscopy of mechanical stresses in modern materials. Proc. Int. Topical Meeting on Optoinformatics. - St. Petersburg, Russia, 2005, pp. 25-26 (invited).

48. Муратиков К Л., Глазов А.Л Лазерная ФА микроскопия механических напряжений в современных материалах // Оптический журнал. - 2006. - Т. 73. - № 9. - С. 92-100.

49. Муратиков К.Л, Глазов А.Л. О возможности детектирования и мониторинга внутренних напряжений в керамиках и металлах методом фотоакустической микроскопии. Труды XLVI международной конференции «Актуальные проблемы прочности». - Витебск, Белоруссия, 2007, ч. 1, с. 360-365.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 242, тир. 100, уч.-изд. л 2; 22.05.2008 г.

Введение.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ФОТОАКУСТИЧЕСКИХ И ФОТОТЕПЛОВЫХ МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД.

1.1. Краткий исторический обзор развития фотоакустических и фототепловых методов исследования конденсированных и газообразных сред.

1.2. Современное состояние исследований в области развития и применения фотоакустических и фототепловых методов.

1.2.1. Краткая характеристика состояние исследований в области фотоакустических и фототепловых методов спектроскопии.

1.2.2. Состояние исследований в области фотоакустических и фототепловых методов микроскопии.

1.2.3. Состояние исследований в области фотоакустики напряженных материалов.

1.3. Фотоакустический эффект в твердых телах и методы его регистрации.

1.3.1. Основные механизмы формирования фотоакустических колебаний в твердых телах.

1.3.2. Фотоакустический метод с микрофонным способом регистрации сигнала.

1.3.3. Фотоакустический метод с пьезоэлектрическим способом регистрации сигнала.

1.4. Оптические методы регистрации фотоакустических и фототепловых процессов в конденсированных средах.

1.4.1. Фоторефрактивные методы.

1.4.1.1. Метод тепловой линзы.

1.4.1.2. Фотодефлекционный метод.

1.4.1.3. Интерференционный метод.

1.4.2. Фоторефлекционный метод.

1.4.3. Радиометрический метод регистрации фототепловых процессов.

1.5. Принципы образования сигналов в фотодефлекционном и интерферометрическом методах при регистрации фототермических процессов.

1.5.1. Регистрация фотодефлекционных сигналов в приближении геометрической оптики.

1.5.2. Регистрация термоволновых сигналов интерферометрическим методом.

1.5.3. Лазерные фототермодеформационные методы.

1.6. Методы расчета термоволновых и фотоакустических сигналов от неоднородных объектов.

1.6.1. Методы расчета термоволновых сигналов от неоднородных объектов.

1.6.2. Методы расчета фотоакустических колебаний в неоднородных объектах.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. ВОЛНОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ФОТОДЕФЛЕКЦИОННОЙ

РЕГИСТРАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЛН.

2.1. Теоретическая модель образования фотодефлекционных сигналов в рамках волновой оптики.

2.1.1. Общая методика расчета фотодефлекционного сигнала с учетом эффектов волновой оптики.

2.1.2. Фотодефлекционный сигнал от однородного образца.

2.2. Количественный анализ влияния волновых эффектов на поведение фотодефлекционных сигналов.

2.2.1. Анализ влияния волновых эффектов на поведение фотодефлекционных сигналов в зависимости от частоты модуляции возбуждающего излучения.

2.2.2. Анализ влияния теплофизических параметров образца и размеров пучка возбуждающего излучения на степень проявления волновых эффектов при фотодефлекционных измерениях.

2.3. Экспериментальная апробация методики расчета фотодефлекционных сигналов в рамках волновой оптики.

2.4. Определение теплофизических характеристик и параметров трещин в керамиках лазерным фотодефлекционным методом.

2.4.1. Теоретический анализ процесса формирования фотодефлекционного сигнала в керамиках с подповерхностными трещинами.

2.4.2. Результаты экспериментального изучения процесса формирования фотодефлекционного сигнала в керамиках с подповерхностными трещинами.

2.5. Модель образования фоторефлекционного сигнала в рамках волновой оптики при термоволновых экспериментах с твердотельными объектами.

2.5.1. Анализ распределения поля в пучке зондирующего лазера после отражения от поверхности твердотельного объекта при фоторефлекционных экспериментах.

2.5.2. Расчет фоторефлекционного сигнала от твердотельных объектов в рамках волновой оптики.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЛАЗЕРНЫХ ТЕРМОВОЛНОВЫХ

ИЗМЕРЕНИЯХ.

3.1. Интерферометрические методы локальной регистрации температурных волн.

3.2. Расчет интерф ер о метрических сигналов при локальной регистрации температурных волн.

3.2.1. Расчет интерферометрических сигналов от тепловой линзы при перпендикулярной геометрии расположения зондирующего и возбуждающего лазерных пучков.

3.2.2. Расчет интерферометрических сигналов от тепловой линзы при параллельной геометрии расположения зондирующего и возбуждающего лазерных пучков.

3.3. Сравнительный анализ интерферометрического и фотодефлекционного методов регистрации термоволновых процессов.

3.3.1. Сравнение интегральных чувствительностей интерферометрического и фотодефлекционного методов с перпендикулярной ориентацией считывающего и возбуждающего лазерных пучков.

3.3.2. Сравнение интегральных чувствительностей интерферометрического и фотодефлекционного методов с параллельной ориентацией считывающего и возбуждающего лазерных пучков.

3.4. Шумы и пороговые чувствительности интерферометрического и фотодефлекционного методов.

3.4.1 Шумы и пороговые чувствительности фотодефлекционного метода.

3.4.2. Сравнительный анализ шумов и пороговых чувствительностей интерферометрического и фотодефлекционного методов.

3.5. Реализация интерферометрического способа регистрации термоволновых процессов на базе оптической системы с двумя дифракционными решетками.

3.5.1. Расчет термоволнового сигнала для интерферометра с двумя дифракционными решетками.

3.5.2. Анализ основных характеристик интерферометра с двумя дифракционными решетками при регистрации термоволновых сигналов.

3.6. Сравнительный анализ особенностей формирования термоволновых изображений интерферометрическим и фотодефлекционным методами на примере полученных экспериментальных результатов.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГЕНЕРАЦИИ, РАСПРОСТРАНЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ И АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В

НЕОДНОРОДНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ.

4.1. Формулировка общего теоретического подхода к решению задач лазерной термоволновой и фотоакустической микроскопии.

4.2. Расчет термоволновых процессов в неоднородных твердотельных объектах в рамках теории возмущений.

4.2.1. Общая постановка термоволновой задачи для неоднородных твердотельных объектов в рамках теории возмущений.

4.2.2. Решение термоволновой задачи для неоднородных объектов методом преобразования Фурье.

4.3. Передаточные функции систем фотоакустической микроскопии с газомикрофонным способом регистрации сигнала.

4.3.1. Расчет сигнала систем фотоакустической микроскопии с газомикрофонным способом регистрации от неоднородностей с заданной пространственной частотой.

4.3.2. Характеристики систем фотоакустической микроскопии при использовании режима работы с пространственной модуляцией возбуждающего излучения.

4.4. Передаточные функции систем термоволновой микроскопии, формирующих изображения фотодефлекционным и интерферометрическим методами.

4.4.1. Расчет сигнала систем фотодефлекционной микроскопии для неоднородностей с заданной пространственной частотой.

4.4.2. Анализ характеристик систем фотодефлекционнной микроскопии в зависимости от пространственной частоты неоднородности.

4.5. Примеры использования фотодефлекционной микроскопии для диагностики полупроводников, облученных быстрыми протонами или ионами.

4.6. Особенности формирования фотоакустических сигналов с пьезоэлектрическим способом регистрации от неоднородных объектов.

4.6.1. Общая постановка и основные приближения при решении задач фотоакустической микроскопии с пьезоэлектрической регистрацией сигнала.

4.6.2. Оценка степени влияния упругих и термоупругих неоднородностей на сигналы фотоакустической микроскопии.

4.6.3. Формирование фотоакустического сигнала в неоднородных объектах с фиксированной внешней границей.

4.6.4. Формирование фотоакустического сигнала в образцах со свободной внешней границей.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ФОТОАКУСТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В НАПРЯЖЕННЫХ МАТЕРИАЛАХ.

ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ.

5.1. Формулировка общих подходов к экспериментальному и теоретическому исследованию фотоакустического эффекта в напряженных материалах.

5.2. Многофункциональная установка для фотоакустической и термоволновой микроскопии твердотельных объектов с внутренними напряжениями.

5.3. Примеры фотоакустических и термоволновых изображений керамик, индентированных по Виккерсу.

5.4. Влияние нагрузки индентирования и отжига на поведение фотоакустического и термоволновых сигналов от мест индентации в керамиках.

5.4.1. Зависимость величины фотоакустических колебаний от нагрузки индентирования.

5.4.2. Влияние отжига на поведение фотоакустического и термоволновых сигналов от мест индентации в керамиках:.

5.5. Теоретическая модель фотоакустического эффекта в напряженных материалах.

5.5.1. Теоретическая модель для расчета акустических колебаний в напряженных материалах, обусловленных нелинейными упругими процессами.

5.5.2. Теоретическая модель для расчета акустических колебаний в напряженных материалах при термоупругом механизме генерации.

5.5.3. Граничные условия для определения фотоакустических колебаний в напряженных телах при решении задачи в рамках нелинейной акустики.

5.6. Уравнение теплопроводности для твердотельных объектов с внутренними напряжениями.

5.7. Линеаризация уравнения движения для твердотельных объектов с внутренними напряжениями.

5.7.1. Линеаризованное уравнение движения и его решение для однородно деформированных твердотельных объектов.

5.7.2. Расчет фотоакустического пьезоэлектрического сигнала для однородно деформированных твердотельных объектов.

5.8. Поведение фотоакустических колебаний вблизи концов радиальных трещин в керамиках при отсутствии и воздействии внешних напряжений.

5.8.1. Теоретическая модель формирования фотоакустических колебаний вблизи концов радиальных трещин в керамиках.

5.8.2. Применение разработанной теоретической модели для анализа поведения фотоакустических колебаний вблизи концов вертикальных трещин.

5.9. Результаты экспериментальных исследований фотоакустических колебаний вблизи концов вертикальных трещин и их сравнение с разработанной теоретической моделью.

5.9.1. Поведение фотоакустических колебаний вблизи концов радиальных трещин в керамиках, ориентированных перпендикулярно или параллельно направлению действия внешнегонапряжения.

5.9.2. Поведение фотоакустических колебаний вблизи концов радиальных трещин в керамиках, ориентированных произвольным образом относительно направления действия внешнего напряжения.

5.9.3. Регистрация фотоакустическим методом эффекта налегания берегов трещин друг на друга.

5.9.4. Влияние приповерхностных технологических напряжений на поведение фотоакустических колебаний.

5.10. Фотоакустический эффект вблизи мест индентации в металлах.

5.10.1. Фотоакустический эффект вблизи области индентации по Виккерсу в наноникеле.,

5.10.2. Фотоакустический эффект в зонах индентации по Виккерсу в металлах.

Выводы к главе 5.

Диссертация обобщает результаты теоретико-экспериментальных исследований процессов трансформации энергии электромагнитного нестационарного излучения, включая, в первую очередь излучение оптического диапазона, в энергию тепловых и акустических волн или колебаний в твердотельных объектах. В диссертации обобщены результаты по разработке научной базы волновых фотоакустических (ФА) и фототермических (ФТ) методов диагностики и микроскопии современных материалов, включая материалы в напряженном состоянии.

Актуальность темы диссертации определяется тем, что исследование процессов трансформации энергии электромагнитного нестационарного излучения (в частности нестационарного оптического излучения) в энергию тепловых и акустических волн или колебаний в твердотельных объектах открывает принципиально новые перспективы их использования в чисто научных и практических целях.

Уникальные возможности лазерных фотоакустических (ФА) и термоволновых (ТВ) методов исследования обусловили их интенсивное развитие на протяжении многих лет. В научных целях исследования подобного рода способствуют выявлению широкого круга линейных и нелинейных физических свойств современных материалов и структур (в первую очередь оптических, тепловых, акустических или упругих, термоупругих). Часто к этим параметрам может добавляться информация и о других важных характеристиках материала. Высокая чувствительность волновых ФА и ТВ методов к приповерхностным свойствам объектов способствует их широкому использованию в современных тонкопленочных технологиях различного рода (например, оптических, полупроводниковых и микроэлектронных), а также в нанотехнологиях.

В рамках данной работы особое значение имело исследование влияния внутренних напряжений на ФА и ТВ процессы в твердых телах. Изучение вопросов подобного рода представляет специальный интерес, так как регистрация внутренних напряжений в современных материалах является самостоятельной достаточно сложной и важной задачей. Разработка различных физических методов регистрации внутренних напряжений в современных материалах в настоящее время активно проводится в целом ряде ведущих лабораторий мира. Принципиальным достоинством современных ФА и ТВ методов является универсальность, неразрушающий характер, высокая чувствительность, а также возможность производить измерения интересующих параметров с высоким пространственным разрешением и в широком частотном диапазоне (вплоть до ТГц и выше).

Уникальные возможности оптических ФА и ФТ методов исследования твердотельных объектов обуславливают их интенсивное развитие на протяжении многих лет. На основе полученных научных результатов в области генерации акустических и тепловых волн с помощью ФА и ФТ процессов, изучения процессов их распространения и рассеяния уже разработаны эффективные методы современной спектроскопии, диагностики теплофизических и упругих параметров объемных материалов и тонкопленочных структур, а также эффективные методы современной микроскопии

В области спектроскопии использование ФА и ФТ методов обеспечивает возможность изучения объектов с рекордными на сегодняшний день значениями коэффициентов поглощения оптического излучения, как в области малых, так и больших их значений С другой стороны развитие современной быстродействующей оптической, оптоэлектронной и лазерной техники сделало возможным проведение ФА и ФТ методами измерений на слоях материалов и тонких пленках с толщинами, находящимися в нанометровом диапазоне Вместе с тем быстро развивающиеся в последнее время работы в области технологий новых материалов и структур требуют усовершенствования уже имеющихся и создания новых диагностических методов, в том числе и на основе ФА и ФТ методов.

С точки зрения практических применений исследования подобного рода направлены на создание научной базы принципиально новых методов диагностики и неразрушающего контроля, а также микроскопии современных материалов и структур как на стадии их изучения, так и контроля в процессе эксплуатации. Особое значение в этом отношении имеет разработка ФА и ФТ методов детектирования и мониторинга внутренних напряжений, поскольку их роль в процессах разрушения материалов и конструкций в настоящее время общепризнанна.

Среди различных моделей ФА эффекта в конденсированных средах особое положение занимает модель, основанная на преобразования энергии оптического нестационарного излучения в энергию акустических волн или колебаний по термоупругому механизму Особая роль этой модели обуславливается ее универсальностью Генерация акустических волн или колебаний по этому механизму характерна для всех видов твердых тел (диэлектриков, металлов, полупроводников). В виду важности и сложности задач подобного рода интерес к их рассмотрению остается достаточно высоким и в настоящее время, несмотря на относительно продолжительное время их изучения.

Среди важных проблем, определяющих развитие ФА и ФТ методов в настоящее время, следует выделить, в частности, такие направления как изучение ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в структурно-неоднородных объектах, включая объекты с внутренними напряжениями. Для получения количественной информации в данных областях необходимо дальнейшее развитие теории ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в таких объектах, включая нелинейные модели, а также разработка соответствующих экспериментальных методов.

К настоящему моменту получены заметные результаты, связанные с решением рассматриваемых проблем, однако многие вопросы в этой области еще требуют дальнейшей проработки.

Целью диссертационной работы является проведение фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в неоднородных материалах и структурах, в объектах с внутренними механическими напряжениями, выяснение фундаментальных связей параметров ФА и ТВ сигналов с параметрами неоднородностей различных типов, разработка методов высокочувствительной регистрации ФА и ТВ процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решалить следующие задачи:

1. Исследовать в рамках теории возмущений процессы генерации, распространения и рассеяния ТВ в неоднородных объектах сфокусированным на поверхность нестационарным оптическим излучением. Получить аналитические выражения для ФА колебаний при микрофонном и пьезоэлектрическом способах регистрации сигнала, фотодефлекционных (ФД) и фоторефлекционных (ФР) сигналов, позволяющие связать характеристики неоднородности с параметрами соответствующих ФА и ФТ сигналов. На основе полученных результатов исследовать особенности формирования ФА и ФТ изображений неоднородных объектов.

2. Разработать теорию образования ФА и ФТ сигналов в рамках волновой оптики с учетом процессов дифракции зондирующего излучения на нестационарных тепловых неоднородностях вблизи или внутри объекта, а также эффектов его интерференции в плоскости фотоприемников. Установить границы применимости традиционных моделей образования ФД и ФР сигналов, основанных на приближениях геометрической оптики.

3. Выполнить сравнительный теоретический и экспериментальный анализ ФД и интерферометрических методов регистрации ТВ сигналов. Разработать экспериментальные схемы, реализующие основные достоинства интерферометрического метода. Выяснить оптимальные условия использования ФД и интерферометрического методов для регистрации ФТ процессов.

4. Исследовать возможности использования ФА и ТВ волновых и колебательных процессов для локального определения теплофизических и термоупругих характеристик материалов, толщин тонких пленок, параметров трещин, внутренних напряжений.

5. Разработать модель нелинейного ФА эффекта в напряженных материалах. Методами ФА и ТВ микроскопии изучить особенности формирования ФА и ТВ изображений вблизи мест индентации по Виккерсу в хрупких и пластичных материалах. Исследовать особенности процессов трансформации ФА и ТВ изображений областей вблизи зон индентации по Виккерсу под действием внешних напряжений.

6. В рамках общей теоретической модели ФА эффекта в напряженных материалах разработать специальную модель формирования ФА колебаний вблизи концов вертикальных трещин. С помощью ФА микроскопии исследовать особенности поведения ФА колебаний вблизи концов трещин как при наличии только, внутренних напряжений, так и при действии внешних нагрузок.

7. Разработать и создать автоматизированную установку для комплексных исследований твердотельных объектов методами ФА и ТВ микроскопии, позволяющую регистрировать ФА и ТВ колебательные и волновые процессы различными методами, как в исходном состоянии, так и при приложении к ним заданных внешних напряжений.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими основными результатами, полученными при решении поставленной задачи:

1. Разработан комплексный системный подход к теоретическому и экспериментальному изучению ФА и ФТ волновых и колебательных процессов в неоднородных твердотельных объектах.

2. Рассмотрены процессы оптической генерации, распространения и дифракции температурных волн в неоднородных объектах. Найдены передаточные функции систем ФА и ТВ микроскопии при различных способах регистрации сигнала.

3. Разработан новый подход в рамках волновой оптики к механизмам образования ФД и ФР сигналов с учетом процессов дифракции зондирующего излучения в зоне действия тепловых неоднородностей в объекте. Определена связь этих сигналов с теплофизическими параметрами изучаемых объектов. Установлены границы применимости использовавшихся ранее результатов, полученных в рамках геометрической оптики.

4. Проведен сравнительный анализ ФД и интерферометрического методов в рамках волновой оптики и трехмерной модели тепловой диффузии. Сформулированы оптимальные условия использования этих методов в области ТВ микроскопии твердотельных объектов и спектроскопии.

5. Предложены полностью бесконтактные ТВ способы определения теплофизических параметров и толщин тонких слоев непрозрачных материалов. Разработаны ТВ методики детектирования, визуализации и оценки параметров подповерхностных трещин.

6. Разработана модель образования ФА колебаний в материалах с внутренними напряжениями. В рамках предложенных моделей установлены механизмы влияния внутренних напряжений на ФА процессы в материалах с внутренними напряжениями, определена связь ФА сигналов с механическими напряжениями, действующими в их приповерхностных слоях.

7. Разработана теоретическая модель формирования ФА колебаний вблизи концов вертикальных трещин. Установлена связь ФА сигналов с внутренними напряжениями вблизи концов трещин, а также с коэффициентами интенсивности напряжений. Продемонстрировано соответствие полученных теоретических результатов с данными ФА микроскопии для керамик индентированных по Виккерсу.

8. Выяснены особенности образования ФА колебаний вблизи зон индентации по Виккерсу в металлах. Продемонстрировано сильное влияние внешних напряжений на ФА изображения областей, расположенных внутри зоны индентации.

Научная значимость диссертационной работы определяется тем, что в рамках цикла теоретических и экспериментальных исследований заложены и развиты основы нового научного направления - ФА и ФТ волновых и колебательных методов изучения структурно-неоднородных объектов, включая материалы с внутренними напряжениями. На основании единого подхода к процессам генерации, распространения и рассеяния температурных и акустических волн, разработаны методики расчета ТВ и ФА сигналов от структурно-неоднородных объектов. Предложена и разработана нелинейная модель ФА эффекта в напряженных материалах. Выявлены особенности проявления ФА эффекта в напряженных материалах. Разработаны принципиально новые подходы к оптическим методам регистрации ФТ и ФА колебательных процессов, основанные на приближении волновой оптики и позволяющие существенно расширить границы применимости ФТ и ФА методов.

Основные положения, выносимые на защиту;

1. Развитый в рамках теории возмущений теоретический подход, позволяет производить расчет процессов генерации, распространения и рассеяния температурных, термоупругих и акустических волн в твердотельных объектах с неоднородностями различной формы и различной физической природы — тепловой, термоупругой, упругой. Разработанный подход впервые позволил в общей форме установить связь параметров ТВ и ФА волновых и колебательных процессов с характеристиками неоднородностей в слабо неоднородных объектах, получить аналитические выражения для передаточных функций систем ФА и ТВ микроскопии при различных режимах работы. Он также создает теоретическую базу для интерпретации широкого круга экспериментальных данных ТВ и ФА микроскопии.

2. Разработанная в рамках волновой оптики теория образования ФД и ФР сигналов позволяет установить границы применимости приближения геометрической оптики при интерпретации данных ФД и ФР экспериментов, касающихся в первую очередь определения теплофизических характеристик твердотельных объектов и структур. Предложенная теория позволяет существенно повысить пространственную разрешающую способность ФД и ФР методов при проведении локальных теплофизических измерений благодаря адекватной интерпретации экспериментальных данных в области температурных волн высокой частоты. Ее использование позволяет выяснить оптимальные условия применения интерферометрического и ФД методов для регистрации ТВ процессов.

3. Предложенная в работе теоретическая модель нелинейного ФА эффекта в напряженных материалах позволяет производить расчет акустических волн и ФА колебаний в объектах с внутренними напряжениями и на основании полученных в работе экспериментальных данных проанализировать степень влияния нелинейных термоупругих и акустических параметров на ФА эффект в напряженных материалах. Ее использование позволяет выяснить связь ФА колебаний с коэффициентами интенсивности полей напряжений вблизи внутренних дефектов (в первую очередь вблизи концов трещин), что впервые позволило объяснить экспериментальные данные по влиянию напряжений различных типов (нормальных, касательных) на поведение ФА колебаний вблизи концов трещин.

4. Разработка комплексного экспериментального подхода к изучению ТВ и ФА процессов в неоднородных материалах позволила экспериментально обнаружить влияние внешних и внутренних напряжений на ФА сигналы в керамиках и металлах, а также позволила независимым образом контролировать вклад теплофизических и термоупругих процессов в ФА сигнал. Предложенные в работе экспериментальные и теоретические методики позволяют производить оценки параметров полей внутренних напряжений по данным ФА микроскопии, они позволяют определять чувствительность ФА метода к механическим напряжениям в различных материалах, развивать принципиально новые методики неразрушающего контроля внутренних напряжений.

Практическая ценность работы.

1. Предложен и апробирован метод определения внутренних напряжений ФА методом. Отработаны методики визуализации внутренних напряжений в керамиках и металлах.

2. Предложена модель формирования ФД и ФР сигналов в рамках волновой оптики, справедливая в широком диапазоне температурных волн. Разработанная модель позволяет существенно расширить диапазон температурных волн для количественных измерений ФД и ФР методами.

3. Установлены оптимальные условия использования ФД и интерферометрического методов. Определены условия, при которых интерферометрический метод способен обеспечивать более высокую чувствительность по сравнению с ФД методом.

4. Предложены ФД и ФР методы определения теплофизических параметров объемных материалов и тонких пленок. В последнем случае продемонстрирована возможность использования этих методов для определения толщин тонких пленок.

5. Разработаны методики расчета передаточных функций систем ФА и ФД микроскопии, проведен сравнительный анализ этих систем. Выявлены особенности влияния различных теплофизических параметров, внутренних напряжений на ФА и ФД изображения, позволяющие делать выводы о характере регистрируемых с их помощью изображений.

6. Разработана и собрана многофункциональная автоматизированная установка для получения изображений объектов ФА и термоволновыми методами, позволяющая производить измерения теплофизических характеристик образцов. Уникальной особенностью установки является возможность получения изображений объектов, как в исходном состоянии, так и при воздействии заданных внешних напряжений.

Личный вклад автора. Все основные научные результаты диссертационной работы получены автором лично. При разработке экспериментальной установки по проведению ФА и ФТ измерений существенная роль принадлежала АЛ.Глазову. При получении экспериментальных результатов в работах принимали участие А.Л.Глазов, В.И.Николаев, В.С.Калиновский и А.В.Суворов.

В совместных работах автору принадлежит постановка задачи, теоретический анализ, участие в получении экспериментальных результатов, а также анализ полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались также на физических семинарах ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, СПбГ политехнического университета, университета им.Ф.Шиллера (Йена, Германия), Штутгартском университете (Штутгарт, Германия), институте проблем машиноведения РАН, институте фундаментальных технических проблем ПАН (Варшава, Польша), а также докладывались на следующих конференциях:

- Всесоюзном научно-техническом семинаре "Фотоакустическая и акустическая микроскопия твердых тел" (Киев, 1985 г.).

- ХШ Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Черновцы, 1986 г.).

- научно-технической конференции "Акустоэлектрические и фотоакустические методы исследования полупроводников" (Киев, 1986 г.).

- XI и XII Всесоюзных конференциях "Неразрушающие физические методы контроля" (Москва, 1987 г. и Свердловск, 1990 г.).

- международной конференции по оптике им.Э.Аббе (Иена, ГДР, 1989 г.).

- Всесоюзной школе-семинаре "Фотоакустическая спектроскопия и микроскопия (фотоакустические и термоволновые явления)" (Душанбе, 1989 г.).

- международных конференциях Int. Conf. on Photoacoustic and Photothermal Phenomena - VH (Дорверс, Нидерланды, 1991 г.), VIII (Гваделупа, Франция, 1994 г.), IX (Рим, Италия, 1998 г.), X (Киото, Япония, 2000 г.), XI (Торонто, Канада, 2002 г.), ХП (Рио де Жанейро, Бразилия, 2004 г.), ХШ (Каир, Египет, 2007).

- международных конгрессах Thermal Stresses - Ш (Краков, Польша, 1999 г.), IV (Осака, Япония, 2001 г.), V (Блэксбург, США, 2003 г.), VI (Вена, Австрия, 2005 г.).

- международной школе "Laser Optoacoustics and Photothermal Phenomena", (JIa Хойя (La Jolla), США, 1999 г.).

- европейских конференциях European Conf. on Thermophysical Properties - 15-ой (Вюрцбург, Германия, 1999 г.), 16-ой (Лондон, Англия, 2002 г.).

- 5-ом международном семинаре Workshop on Photoacoustic and Photothermics (Катовицы, Польша, 2000 г.).

- 6-ой международной конференции Int. Conf. on Residual Stresses (Оксфорд, Англия, 2000 г.)

- международной конференции Int. Conf. on Failure Analysis and Metals Properties Monitoring (Екатеринбург, 2001 г.).

- VIII и IX Всероссийских Съездах по Теоретической и Прикладной Механике (Пермь,

2001, Нижний Новгород 2006).

- международных конференциях "Lasers for Measurements and Information Transfer" (Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2004, 2006, 2007 гг.).

- европейском конгрессе "Materials Week 2002" (Мюнхен, Германия, 2002 г.).

- XV международной конференции Int. Conf "Physics of Fracture and Plasticity of Materials" (Тольятти, Россия, 2003 г.).

- XXXI, XXXII, XXXIII, XXXIV международных школах-конференциях Summer School - Conference "Advanced Problems in Mechanics" (Репино, Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2005, 2007 гг.).

- 17-ой европейской конференции European Conference on Thermophysical Properties (Братислава, Словакия, 2005).

- 14-ой Зимней Школе по механике сплошных сред (Пермь, 2005 г.).

- международном семинаре Int. Topical Meeting on Optoinformatics, (Санкт-Петербург, 2005, 2006 гг.).

- 24-ой европейской конференции European Conference on Surface Science (Париж, Франция, 2006).

- 7-ой европейской конференции European Conference on Residual Stresses (Берлин, Германия, 2006).

- XLVI международной конференции "Актуальные проблемы прочности" (Витебск, Белоруссия, 2007).

- 13- ой международной конференции Int. Conf. on Surface Science (Стокгольм, Швеция, 2007).

По теме диссертационной работы опубликованы в 108 работ, в том числе 1 книга, 1 авторское свидетельство СССР на изобретение.

Структура и объем работы. Основное содержание диссертационной работы изложено на 324 страницах машинописного текста, иллюстрировано 77 рисунками, содержит 1 таблицу. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение и список цитированной литературы из 247 наименований.

Выводы к главе 5

1. Разработана нелинейная теоретическая модель генерации акустических волн или колебаний в напряженных материалах на основе ФА эффекта. Особенностью данной модели является включение в нее наряду с нелинейными акустическими (упругими) свойствами также нелинейных термоупругих свойств материалов. Разработана теоретическая модель для расчета тепловых волн с учетом нелинейных теплофизических свойств материала, обусловленных его напряженным состоянием [А45-А48,А54-59].

2. Разработан метод линеаризации получаемых с ее помощью нелинейных уравнений. Для одномерной задачи получены аналитические выражения, связывающие ФА сигнал с нелинейными акустическими и термоупругими параметрами среды. В рамках теории возмущений определена связь ФА колебаний с нелинейными термоупругими свойствами твердотельных объектов [А45-А48,А54-А59, А61-А62].

3 Установлена связь ФА колебаний с полями внутренних и внешних напряжений различных типов (нормальных, касательных), а также с коэффициентами интенсивности напряжений, характеризующих эти поля. Теоретически проанализировано поведение ФА сигнала вблизи концов вертикальных трещин как при отсутствии, так и при воздействии внешних напряжений [А60,А63-А78].

4. Создана многофункциональная экспериментальная установка для проведения измерений на современных материалах в исходном и напряженном состояниях ТВ и ФА методами. Экспериментально подтверждены основные теоретические выводы предложенной модели о поведении ФА сигналов вблизи концов радиальных (медианальных) .трещин, возникающих в хрупких материалах при индентировании по Виккерсу. На основании теоретических результатов и экспериментальных данных, полученных для керамик вблизи концов вертикальных трещин, выполнены оценки нелинейных акустических и термоупругих свойств этих материалов [А51,А60, А67,А79-А92].

5. Экспериментально подтверждено предсказываемое разработанной теоретической моделью поведение ФА сигналов вблизи концов трещин в хрупких материалах под действием внешних нормальных и касательных напряжений. Показано, что разработанные экспериментальные и теоретические модели позволяют производить количественные оценки коэффициентов интенсивности напряжений, характеризующих поля напряжений различных типов. Экспериментально продемонстрировано влияние начальных технологических напряжений на ФА изображения керамик вблизи концов трещин [А60, А67,А93-А96].

6. Экспериментально установлено сильное влияние внутренних и внешних напряжений на ФА изображения мест индентации в металлах. Показано, что поведение ФА сигнала вблизи области индентации соответствует характеру распределения внутренних напряжений, предсказываемых современными теоретическими моделями [А97-А99]. ~

7. Установлено сильное влияние внешних напряжений на ФА изображения внутренних областей зон индентации в металлах. В частности, продемонстрирована сильная трансформация ФА изображений на диагоналях отпечатков по Виккерсу под действием внешних напряжений. Предложены методики оценки внутренних напряжений в металлах по характеру распределения ФА колебаний при их генерации возбуждающим излучением внутри зоны индентирования [А100-А108].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные в диссертационной работе материалы являются обобщением результатов, полученных автором и под руководством автора в процессе теоретического и экспериментального изучения процессов трансформации энергии электромагнитного нестационарного излучения, включая, в первую очередь излучение оптического диапазона, в энергию тепловых и акустических волн или колебаний в твердотельных объектах. Серьезное внимание в работе уделено разработке методов их регистрации, изучению ТВ и ФА процессов в материалах, находящихся в напряженном состоянии, а также ТВ и ФА процессов вблизи приповерхностных дефектов (в первую вблизи концов вертикальных трещин).

В процессе выполнения исследований получены следующие основные результаты:

1. Разработан комплексный подход к изучению тепловых и акустических волн и колебаний, генерируемых в неоднородных твердотельных объектах при ТВ и ФА процессах. Он включает в себя различные ТВ и ФА методики, в том числе обеспечивающие получение ТВ и ФА изображений объектов, а также соответствующую им теоретическую базу. Разработанный подход носит универсальный характер и может использоваться для изучения ТВ и ФА эффектов в материалах различной природы.

2. Разработана теория образования ФД и ФР сигналов в рамках волновой оптики, позволившая существенно расширить границы использования этих методов при ТВ измерениях. На основании полученных аналитических выражений и численных расчетов проведено сравнение ФД и ФР сигналов с аналогичными сигналами, полученными в приближении геометрической оптики при различных экспериментальных параметрах. Показано, что при количественном анализе ФД сигналов необходимо учитывать волновые эффекты для амплитудной составляющей ФД сигнала при радиусе пучка считывающего лазера в области перетяжки, превышающем длину температурной волны в отклоняющей среде, а для фазовой составляющей - при радиусе, сравнимом с длиной температурной волны. Определены оптимальные условия регистрации ФР сигналов.

3. Экспериментально и теоретически разработаны методики регистрации ТВ интерферометрическим методом в непрозрачных и прозрачных объектах. Произведено сравнение характеристик интерферометрического и ФД методов при регистрации ТВ. Показано, что в области относительно невысоких частот ТВ интерферометрический метод способен обеспечивать более высокую чувствительность. Предложена и исследована оптическая схема, способная обеспечивать реализацию основных достоинств интерферометрического метода. Экспериментально показана высокая устойчивость данной оптической системы к акустическим шумам.

4. Развит общий подход к изучению процессов лазерной генерации, распространения и рассеяния температурных волн в неоднородных объектах. В рамках теории возмущений получены аналитические выражения для передаточных функций систем ФД, интерферометрической и ФА микроскопии. На основе анализа характеристик этих систем определены оптимальные условия их применения. Исследовано влияние различных теплофизических параметров на ТВ изображения объектов. Показана возможность определения характера теплофизических неоднородностей объектов путем количественного анализа ТВ изображений.

5. В рамках теории возмущений разработана методика расчета нестационарных термоупругих деформаций, генерируемых лазерным излучением, в неоднородных объектах. В квазистатическом приближении получены аналитические выражения для различных компонент вектора деформаций. Определена связь ФА колебаний при пьезоэлектрическом способе регистрации с неоднородностями термоупругих свойств материала. Полученные в этой области теоретические результаты могут использоваться в качестве научной базы при интерпретации данных ФА микроскопии.

6. Произведено сравнение ФД и интерферометрического методов регистрации температурных волн. Определены границы оптимальных условий применения этих методов. Экспериментально и теоретически установлено, что отношение амплитуд интерферометрических и ФД сигналов увеличивается с уменьшением частоты модуляции и радиуса пучка считывающего излучения в области перетяжки. Проанализировано поведение отношения сигнал/шум для обоих методов. Продемонстрирована более высокая чувствительность интерферометрического метода по сравнению с ФД методом в указанных условиях.

7. Предложена новая оптическая схема реализации интерферометрического метода по регистрации температурных волн в прозрачных и непрозрачных объектах, основанная на использовании двух дифракционных решеток. Экспериментально установлено, что наряду с более высокой чувствительностью использование интерферометрического метода существенно снижает требования к виброизоляции установки по сравнению с ФД методом.

Показано, что повышение такой устойчивости позволяет значительно повысить скорость построения ТВ изображений объектов при относительно невысоких частотах.

8. Теоретически и экспериментально отработаны способы определения оптическими ТВ методами теплофизических и геометрических параметров объемных материалов и многослойных структур. Предложенные способы апробированы на примерах многослойных структур различных типов (типа металл-диэлектрик-полупроводник, полупроводниковых материалах, облученных быстрыми протонами или ионами), а также керамик с подповерхностными трещинами. Проанализированы предельные возможности этих методов при решении задач по определению теплофизических и геометрических параметров многослойных структур, трещин в керамиках.

9. Разработана нелинейная теоретическая модель ФА эффекта в напряженных материалах. Особенностью данной модели является включение в нее нелинейных термоупругих свойств материалов наряду с нелинейными акустическими (упругими) свойствами. Разработан метод линеаризации получаемых с ее помощью нелинейных уравнений. Для одномерной задачи получены аналитические выражения, связывающие ФА колебания с нелинейными акустическими и термоупругими параметрами среды. В рамках теории возмущений определена связь ФА сигнала с неоднородными термоупругими свойствами твердотельных объектов.

10. Теоретически проанализировано поведение ФА колебаний вблизи концов вертикальных трещин. Установлена связь ФА колебаний с полями внутренних и внешних напряжений различных типов (нормальных, касательных), а также с коэффициентами интенсивности напряжений, характеризующих эти поля.

11. Методами ФА микроскопии экспериментально подтверждены основные теоретические выводы предложенной модели о поведении ФА колебаний вблизи концов радиальных (медианальных) трещин, возникающих в хрупких материалах при индентировании по Виккерсу. Экспериментально подтверждено предсказываемое разработанной теоретической моделью различное поведение ФА сигналов вблизи концов трещин под действием внешних нормальных и касательных напряжений. Показано, что разработанные экспериментальные и теоретические модели позволяют производить количественные оценки коэффициентов интенсивности напряжений, характеризующих поля напряжений различных типов.

12. Экспериментально установлено сильное влияние внутренних и внешних напряжений на ФА изображения мест индентации в металлах. Показано, что поведение ФА колебаний вблизи области индентации соответствует характеру распределения внутренних напряжений, предсказываемых современными теоретическими моделями. Продемонстрировано сильное влияние внешних напряжений на ФА изображения внутренних областей зон индентации в металлах. В частности, продемонстрирована сильная трансформация ФА изображений на диагоналях отпечатка под действием внешних напряжений. Предложены методики оценки внутренних напряжений в металлах по характеру распределения ФА сигналов на диагоналях зон индентации по Виккерсу.

Полученные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные результаты создают новые физические и информационные подходы к описанию широкого, круга волновых и колебательных фотоакустических и фототермических процессов в конденсированных средах, создают научную базу для разработки новых методов диагностики и микроскопии твердотельных объектов и структур, включая материалы в напряженном состоянии.

Заканчивая эту работу, хочу поблагодарить профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ Гуревича С.Б. за многолетнее сотрудничество, особо поблагодарить стипендиата фонда им.А.Гумбольдта Глазова A.JI. за активное участие в проведении исследований - и помощь в решении различных проблем, возникавших в ходе ее выполнения. Благодарю сотрудников ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН Николаева В.И., Калиновского B.C., Суворова А.В., Сотникову Г.Ю., Гаврилова Г.А., Ганжерли Н.М. за участие в решении отдельных вопросов, своих иностранных коллег профессоров Фурнье Д. (Франция), Бодзенту Е. (Польша), Вальтера Х.Г. (Германия), Роуза Д.Н. (США), Сандовала-Ромеро Э. (Мексика) за плодотворное сотрудничество и возможность проведения совместных исследований. Кроме того, хочу выразить свою признательность Международному Научному Фонду, РФФИ, АФГИР, ИНТАС, комитету по науке и ' образованию Администрации С.Петербурга, обществу по академическим- обменам Германии за финансовую поддержку данной работы.

1. Bell A.G. On the Production and Reproduction of Sound by Light // Am. J. of Sciences. - 1880. -Third Series. - Vol.XX. - No. 118. -pp.305-324.

2. Bell A.G. Upon the Production of Sound by radiant energy// Phil. Mag. 1881. - Vol.11. -No.68. - pp.510-628.

3. Roentgen W.C. Uber Tone, welche durch intermittirende Bestralung eines Gases entstechen// Annalen der Physik. 1881,- Vol.248.- No.l. - pp.155-159.

4. Tyndall J. Action of an intermittent beam of radiant light upon gaseous matter// Proc. of the Royal Society. 1881,- Vol.31. - pp.307-317.

5. Тиндаль Д. Звук: Пер.с англ.- С.-Петербург, 1901.-242 с.

6. Вейнгеров М.Л. Новый метод газового анализа, основанный на оптико-акустическом явлении Тиндаля-Рентгена//ДАН СССР,- 1938,- Т. 19,- С.687-688.

7. Гросс Е.Ф., Аболиньш Я.Я., Шултин А.А. О наблюдении оптико-акустического эффекта в жидкостях //ЖТФ,- 1958,- Т.28. №4,- С.832-835.

8. Гросс Е.Ф., Аболиньш Я.Я., Шултин А.А. Оптико-акустический эффект в кристаллах //ЖТФ,- 1958,- Т.28. №10,- С.2255-2258.

9. Rosencwaig A ,,Gersho A. Theory of photoacoustic effect with solids //J.Appl. Phys.- 1976,-Vol.47. No.l.- p.64-69.

10. Busse G., Rosencwaig A. Subsurface imaging with photoacoustics //Appl. Phys. Lett.- 1980,-Vol.36. No. 10,- p.815-816

11. Rosencwaig A. Photoacoustics and Photoacoustic Spectroscopy.-N.Y.:Wiley.- 1980,- 299 p.

12. Жаров В.П., Летохов B.C. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия.-М.: Наука, 1984,- 320 с.

13. Afromowitz М.А., Yen P.S., Yee S.S. Photoacoustic measurement of spatially varying optical absorption in solids: A theoretical treatment // J. Appl. Phys.- 1977,- Vol.48. No.l. - pp.209211.

14. Fernelius N.C. Photoacoustic signal variations with chopping frequency for ZnSe laser windows //J.Appl. Phys.- 1980,- Vol.51. No.3.-pp.1756-1767.

15. Rosencwaig A. Thermal wave microscopy with photoacoustics //J. Appl. Phys.- 1980,- Vol.51. -No.4.- pp.2210-2211.

16. Морозов А.И., Раевский В.Ю. Фотоакустическая микроскопия //Зарубежная электронная техникаю- 1982,- №2,- С.46-71.

17. Busse G. Optically generated thermal waves for non-destructive material probing and imaging //J. de Physique.- 1983,- Vol.44. C0I.C6.- p.471-474.

18. Rosencwaig A., Opsal J., Smith W.L., Wilenborg D.L. Photothermal beam-deflection imaging //Appl. Phys. Lett.- 1983,- Vol.43, -No.2.- pp. 166-171.

19. Морозов А.И., Раевский В.Ю., Сандомирский В.Б. Краткий обзор состояния фотоакустиической спектроскопии и микроскопии твердых тел. Широкозонные полупроводники и диэлектрики. Межвузовский сб. научных трудов.-JI., 1985. С. 116-129.

20. Егерев С.В., Лямшев JI.M., Пученков О.В. Лазерная динамическая оптоакустическая диагностика конденсированных сред // УФН. 1990. - Т. 160. — С. 111-154.

21. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991.- 304 с.

22. Tam А.С. Applications of photoacoustic sensing techniques // Rev. of Modern Physics. 1986. -Vol.58. - No.2.-pp.361-431.

23. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Теория упругости. M.: Наука, 1987. - 246 с.

24. Joseph D.D., Prezioni L. Heat waves // Rev. Modern Phys. 1989. - Vol.61. - pp.41-73.

25. Joseph D.D., Prezioni L. Addendum to the paper on heat waves // Rev. Modern Phys. 1990. -Vol.62, -pp.375-391.

26. Vedavarz A., Kumar S., Moallemi M.K. Significance of non-Fourier heat waves in conduction //J. of Heat Transfer. 1994. - Vol.116, -pp.221-224.

27. Vermeersch В., De Mey G. Anomalous thermal behavior in small electronic devices: non-uniformity and overshoot in dynamic temperature distributions // J. Phys. D: Appl. Phys. -2007. Vol.40. -No.8. - pp.2452-2463.

28. Sigrist M.W. Trace gas monitoring by laser photoacoustic spectroscopy and related techniques // Rev. Sci. Instrum. 2003. - Vol.74. - No.l.- pp.486-490.

29. Wendler L., Kandler E. Theory of the photoacoustic effect of semiconductor quantum wells // Appl. Phys. A. 1994. - Vol.58.-No.2. - pp.167-175.

30. Chu J.H., Bak Y.H., Kim J.H., Park H.L., Kim U., Choi J.G. and Kim I.G. Nondestructive photoacoustic detection of exciton resonances in GaAs/Al GaAs multiple quantum well structures // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol.64 -No.6. - pp.745-747.

31. Nandakumar P., Dhobale A.R., Babu Y., Sastry M.D., Vijayan C., Murti Y.V., Dhanalaksmi K. and Sundararajan G. Photoacoustic response of CdS quantum dots in nafion // Solid State Communications. 1998. - Vol.106. - pp. 193-196.

32. Da Silva V.L., Mesquita R.C., da Silva E.C., Mansanares A.M. and Barbosa L.C. Thermal diffiisivity and photoacoustic spectroscopy measurements in CdTe quantum dots borosilicateglasses// J. de Phys.IV. 2005. - Vol. 125. - pp.273-276.

33. Salnik A., Faubel W. Photoacoustic FT-IR spectroscopy of natural copper patina // Appl. Spectroscopy. 1995. Vol.49. -No.10. - pp.1516-1524.

34. Jones R.W., Sweterlisch J.J., Wagner A.J., McClelland J.F., Hsu D.K., Polis D.L., Sovinski M.P. FT-IR photoacoustic spectroscopy applied to the curing and aging of composites// AIP Conf. Proc. -2005. Vol.760. - pp.1094-1099.

35. Hernandez C.M., Murray T.W., Krishnaswamy S. Photoacoustic characterization of the mechanical properties of thin films // Appl. Phys. Lett. 2002. - Vol.80. -No.4. - pp.691-903.

36. Joodaki M., Janus P., Gotszalk Т., Kompa G., Edinger K., Rangelow I.W. Application of scanning nano-probe for thermal imaging of high frequency active devices // Jpn. J. Appl. Phys.- 2005. Vol.44. - No.9A. - pp.6823-6825.

37. Shi L., Plyasunov S., Bachtold A., McEuen P.L. Scanning thermal microscopy of carbon nanotubes using batch-fabricated probes// Appl. Phys. Lett. 2000. - Vol.77. - No.26. -pp.4295-4297.

38. Kwon O., Shi L., Majumdar A. Scanning Thermal Wave Microscopy // J. Heat Transfer.- 2003.- Vol.125. -No.l. pp.156-163.

39. Ye J., Okada A. Microthermal Analysis of Heat Conduction in Silicon Nitrides // J. Am. Ceram. Soc. -2003. Vol.86. -No.8. - pp. 1365-1369.

40. Takenoshita H. Comparative Study of Scanning Electron Microscopy and Electron-Acoustic Microscopy Images // Jpn. J. Appl. Phys. 2002. - Vol.41. - No.l. - pp.70-72.

41. Kromine A., Fomichov P., Krishnaswamy S., Achenbach J.D. Laser Ultrasonic Detection of Surface Breaking Discontinuities: Scanning Laser Line Source // Mater. Eval. 2000. - Vol.58.- pp.173-177.

42. Лихарев C.K., Pay Э.И. Перспективы развития электронно-зондовой термоакустической микротомографии // Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 1990. - Т.54. - №2. - С.255-258.

43. Progress in Photothermal and Photoacoustic Science and Technology, Semiconductors and Electronic Materials, edited by A.Mandelis and P.Hess. Bellingham, WA: - SPIE, - Vol.IV. -2000.

44. Salnik A., Opsal J. Dynamics of the plasma and thermal waves in surface modified semiconductors//Rev. Sci. Instrum. - 2003. - Vol.74. - No.l.- pp.545-549.

45. Чернышев Г.Н., Попов A.JI., Козинцев B.M., Пономарев И.И. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах. М.: Наука, 1996. -240 с.

46. Чернышев Г.Н., Попов А.Л., Козинцев В.М. Полезные и опасные остаточные напряжения // Природа. 2002. - №10. - С. 17-24.

47. Withers P., Bhadeshia H. Residual stress. Parts I and II // Mater. Sci. Technology. -2001. Vol. 17. - pp.355-375.

48. Александров А.Я., Ахметаянов M.X. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М.: Наука, 1974. — 576 с.

49. Pao Y.H., Sachse W., Fukuoka Н. Acoustoelasticity and ultrasonic measurements of residual stresses // Physical Acoustics. 1984. - Vol.XVn. - pp.61-143.

50. Mishakin V.V., Dixon S., Potter M.D.G. The use of wide band ultrasonic signals to estimate the stress condition of materials // J. Phys. D: Appl Phys. 2006. - Vol.39. - pp.4681-4687.

51. Eigenmann В., Scholtews В., Macherauch E. Determination of residual stresses in ceramics and ceramic-metal composites by X-ray diffraction methods // Materials and Sci. Eng. 1989. -Vol.A118.-pp.l-17.

52. Oguri Т., Murata K., Uegami K., Sato Y. A consideration of X-ray circumferential residual stress measurement on cylindrical component surfaces // J. of Strain Analysis. 2002. - Vol.37. -No.5. - pp.427-435.

53. Albertini G., Bruno G., Carrado A., Flori F., Rogante M., Rustichelli. Determination of residual stresses in materials and industrial components by neutron diffraction // Meas. Sci. Technol. -1999. Vol.10. -pp.R56-R73.

54. Михеев M.H., Горкунов Э.С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993. 252 с.

55. Lo С.С.Н., Tang F., Shi Y., Jiles D.C., Biner S.B. Monitoring fatigue damage in materials using magnetic measurement techniques // J. Appl. Phys. 1999. - Vol.85. - No.8. - pp.49954597.

56. Iwaoka Т., Yokogama S., Osaka Y. A new method for measuring internal stress in thin films deposited on silicon by Raman spectroscopy // Jpn. J. Appl. Phys. 1984. - Vol.24. - Part 1. -No.8. - pp.112-113.

57. Bowden M., Gardiner D,J. Stress and structural images of microindented silicon by Raman microscopy//Appl. Spectr. 1997. - Vol.51. - No.9. - pp. 1405-1409.

58. Webster S., Batchelder D.N., Smith D.A. Submicron resolution measurement of stress in silicon by near-field Raman spectroscopy // Appl. Phys. Lett. 1998. - Vol.72. - No. 12. -pp.l 978-1980.

59. Rendler N.J., Vigness I. Hole-drilling strain-gage method of measuring residual stresses // Exp. Mechanics. 1966. - Vol.21. - pp.577-586.

60. Schajer G.S., Tootoonian M. A new rosette design for more reliable hole drilling residual stress measurements //Exp. Mechanics. 1997. - Vol.21. - pp.299-306.

61. Писарев B.C., Щепинов В.И., Щикаиов А.Ю. Использование интерферометров на основе отражательных голограмм для определения остаточных напряжений методом зондирующего отверстия // ЖТФ. 1996. - Т.66. - №1. — С.99-113.

62. Апальков А.А., Ларкин А.И., Осинцев А.В., Одинцов И.Н., Щепинов В.И., Щиканов А.Ю., Фонтен Дж. Голографический интерференционный метод исследования остаточных напряжений //Квант, злекрон. 2007. - Т.37. - №6. - С.590-594.

63. Diaz F.V., Kaufmann G.H., Galizzi G.E. Determination of residual stresses using hole drilling and digital speckle pattern interferometry with automated data analysis // Opt. Lasers Eng. -2000. Vol.33, pp.39-48.

64. Ponslet E., Takahashi T. Residual stress measurement using the hole drilling method and laser speckle interferometry: parts I IV // Exp. Techniques. - 2003. - Vol.27. - No.3. - pp.43-46; No.4. -pp.17-21; No.5. - pp.45-48; No.6. -pp.59-63

65. Pechersky M.J., Miller R.F., Vikram C.S. Residual stress measurement with laser speckle correlation interferometry and local heat treating // Opt. Eng. 1995. Vol.34. - No.10. -pp.2964-2971.

66. Vikram C.S., Pechersky M.J., Feng C., Engelhaupt D. Residual stress analysis by local laser heating and speckle correlation interferometry // Exp. Techniques. 1996. - Vol.20. - No.6. -pp.27-30.

67. Votti M.R., Suterio R., Albertazzi A., Kaufmann G.H. Residual stress measurement using a radial in-plane speckle interferometer and laser annealing: preliminary results // Optics and Lasers Engineering. 2004. - Vol.42. - No. 1. - pp.71-84.

68. Wong A.K., Jones J., Sparrow J.G. Thermoelastic constant or thermoelastic parameter? //J. Phys. Chem. Solids 1987. - Vol.48. - No.8 - pp.749-753.

69. Wong A.K., Sparrow J.G., Dunn S.A. On the revised theory of the thermoelastic effect // J. Phys. Chem. Solids 1988. - Vol.49. -No.4 - pp.395-400.

70. Wong A.K., Dunn S.A., Sparrow J.G. Residual stress measurement by means of the thermoelastic effect // Nature. 1988. - Vol.332. - pp.613-615.

71. Mountain D.S., Cooper G.P. TERSA a new technique for assessing residual stress // Proc. SPIE. - 1989. - Vol.1084. - pp. 103-110.

72. Quinn S., Dulieu-Barton J.M., Langlands J.M. Progress in thermoelastic residual stress measurement // Strain. 2004. - Vol.40. - pp. 127-133.

73. Pitarresi G., Patterson E.A. A review of the general theory of thermoelastic stress analysis // J. Strain Analysis. 2003. - Vol.38. -No.5. - pp,405-417.

74. Xu C.N., Watanabe Т., Akiyama M., Zheng X.G. Direct view of stress distribution in solid by mechanoluminescence // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol.74. -No.17. - pp.2414-2416.

75. Cantrell J.H., Qian M, Ravichandran M.V., Knowles K.M. Scanning electron acoustic microscopy of indentation induced cracks and residual stresses in ceramics // Appl. Phys. Lett. - 1990. - Vol.57. -No. 18. - pp.1870-1872.

76. Burbelo R.M., Gulyaev A.L., Robur L.I., Zhabitenko M.K., Atamanenko B.A., Kryl Ya.A. Photoacoustic visualization of residual stress in ceramic materials // J. de Phys. 4, -1994. Vol.C7.-pp.311-314.

77. Zhang H., Gissinger S., Weides G., Netzelman U. Detection of surface damage in ceramic by photothermal and photoacoustic techniques// J. de Phys. 4, 1994 - Vol.C7. - pp.603606.

78. Burbelo R.M., Zhabitenko M.K. Photoacoustic effect in elastic stressed regions of solids // In: Progress in Natural Science, edited by Shu-yi Zhang. London and Washington: Taylor & Francis. 1996. - Suppl., 6. - pp.720-723.

79. Zhang B.Y., Jiang F.M., Shi Y., Yin Q.R., Qian M.L. Scanning electron acoustic imaging of residual stress distribution in aluminum and ZrSi04 multiphase ceramics // Appl. Phys. Lett. -1997. - Vol.70. - No.5. - pp.589-591.

80. Alekseev A.N., Burbelo R.M., Zhabitenko M.K., Kuz'mich A.G. Photothermoacoustic effect: applied aspects of stressed state area diagnostics in structural materials // Functional Materials. -2004. Vol.11. -No.l. pp.111-115.

81. Лямшев JI.M. Лазерное термооптическое возбуждение звука. М.: Наука, 1989.- 238 с.

82. Optoacoustic Spectroscopy and Detection /еd. by Pao Y.H. N.Y.:Acad.Press, - 1977. - 335 p.

83. Jackson W., Amer W.M. Piezoelectric photoacoustic detection: theory and experiment //J. Appl. Phys.- 1980,- Vol.51, -No.6.-p.3343-3353.

84. Гуляев Ю.В., Морозов А.И., Раевский В.Ю. Резонансные явления при пьезоэлектрической регистрации фотоакустического сигнала //Письма в ЖТФ. 1984. -Т. 10. - №6. — С.363-367.

85. Avanesyan S.M., Gusev V.E., Zheludev N.I. Generation of deformation waves in the processes of photoexcitation and recombination of nonequilibrium carriers in silicon // Appl. Phys. A. -1986.-Vol.40.-No.3. -pp.163-166.

86. Чигарев H.B. Новый механизм оптоакустического отклика в полупроводнике // ФТТ. -2004. Т.46. - №2. - С.231-234.

87. Komissarova I.I., Ostrovskaya G.V., Shedova E.N. Light pressure-induced deformations of a free liquid surface // Opt. Comm. 1988. - Vol.66. - No.l. - pp. 15-20.

88. Petrov V.M., Hahn J., Petter J., Petrov M.P., and Tschudi T. Precise sub-nanometer control of the position of a macro-object by a light pressure // Opt. Lett. 2005. - Vol.30. - No.23. -pp.3138-3140.

89. Petrov V.M., Petter J., Petrov M.P., and Tschudi T. Nano-optomechanic: from light pressure to the Casimir force // DGaO Proceedings. 2006. - ISSN: 1614-8436 (http://www.dgao-proceedings.de).

90. Zharov V.P., Malinsky T.V., Kurten R.C. Photoacoustic tweezers with a pulsed laser: theory and experiments // J. Phys.: D. 2005. - Vol.38. - pp.2662-2674.

91. Луговой B.H., Стрельцов B.H. Звуковые возмущения в среде при движении светового фокуса // ЖЭТФ. 1973. - Т.65. - №4. - С. 1407-1415.

92. Божков А.И., Коломенский Ал.А. Звуковое поле движущейся с до- или сверхзвуковой скоростью оптико-акустической антенны // Квант, злекрон. 1978. — Т.5. - №12. - С.2577-2586.

93. Лямшев Л.М., Седов Л.В. К вопросу о генерации звука движущимся оптико-акустическим источником // Акуст. журн. 1979. - Т.25. - №6. - С.906-915.

94. Даныциков Е.В., Дымшаков В. А., Дыхне А.М., Лебедев Ф.В., Рысев Б.П. Характеристики поверхностной акустической волны, возбуждаемой движущимся лучом лазера // Акуст. журн. 1987. - Т.ЗЗ. - №6. — С. 1035-1040.

95. Васильев В.П., Калиниченко А.И. Спидрезонансное возбуждение упругих волн движущимся радиационно-акустическими источниками // Укр. физ. журн. 1989. - Т.34. - №5. - С.757-759.

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

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

98. Kasinski J.J., Gomes-Jahn L., Leong K.J., Gracewski S.M., Miller R.J. Optical generation of coherent surface acoustics: an optically based probe of surface structure and dynamics // Opt. Lett. 1988. - Vol.13. -N9. - pp.710-712.

99. Harata A., Nishimura H., Sawada T. Laser-indused surface acoustic waves and photothermal surface gratings generated by crossing two pulsed laser beams // Appl. Phys. Lett. 1990. -Vol.57. -No.2. - pp.132-134.

100. Муратиков К.JI. К вопросу о возбуждении поверхностных акустических волн в твердых телах лазерным излучением // ЖТФ. 1991. - Т.61. - №11. - С.126-132.

101. Tzou D.Y., Chen J.K., Beraun J.E. Recent development of ultrafast thermoelasticity // J. of Thermal Stresses. 2005. - Vol.28. -No.6-7. - pp.563-594.

102. Ахманов С.А., Гусев В.Э. Лазерное возбуждение сверхкоротких акустических импульсов: новые возможности в спектроскопии твердого тела, диагностике быстропротекающих процессов и нелинейной акустике // УФН. 1992. - Т. 162. - №3. -С.3-87.

103. Saito Т., Matsuda О., Wright О.В. Picosecond acoustic phonon pulse generation in nickel and chromium//Phys. Rev.B. 2003. - Vol.67. - pp.205421-1-7.

104. Norris P.M., CafFrey A.P., Stevens R.J., Klopf J.M., McLeskey J.T. Jr., Smith A.N. Femtosecond pump-probe nondestructive examination of materials // Rev. Sci. Instrum. 2003. -Vol.74. -No.l. - pp.400-406.

105. Wright O.B, Hyoguchi Т., Kawashima K. Laser picosecond acoustics in thin films: effect of elastic boundary conditions on pulse generation // Jpn. J. Appl. Phys. 1991. - Vol.30. -No.IB. - pp.L131-L133.

106. Lee Y.C, Bretz K.C., Wise F.W., Sachse W. Picosecond acoustic measurements of longitudinal wave velocity in submicron polymer films // Appl. Phys. Lett. 1996. - Vol.69. -pp.1692-1694.

107. Kolomenskii A. A., Jerebtsov S.N., Schuessler H.A. Propagation of surface acoustic pulses generated by a femtosecond laser in thin films on solid sustrates // Int. J. Thermophysics. -2004. Vol.25. - No.2. - pp.473-483.

108. Stanton N.M., Martinez C.E., Kent A.J., Novikov S.V., Foxon C.T. Phonon generation by femtosecond pulsed laser excitation of an aluminum nitride/gallium nitride superlattice // Phys. Stat. Solidi (c). -2004. Vol.1. -No.l 1. - pp.2678-2681.

109. Aamodt L.C., Murphy J.C., Parker J.G. Size consideration in the design of cells for photoacoustic spectroscopy // J. Appl. Phys. 1977. - Vol.48. -No.3. - pp.927-933.

110. Aamodt L.C., Murphy J.C. Size consideration in the design of cells for photoacoustic spectroscopy. П Pulsed excitation response // J. Appl. Phys. 1978. - Vol.49. - No.6. -pp.3036-3045.

111. Korpiun P., Buchner В., Tam A.C., Wong Y.H. Influence of gas viscosity on the photoacoustic signal in gas-midrophone cells // J. Appl. Phys. 1986. - Vol.59. - No.8. -pp.2944-2949.

112. Гуревич С.Б., Муратиков K.JI. К теории образования фотоакустического сигнала при экспериментах с твердыми телами//Письма в ЖТФ. 1984. - Т. 10. -№3. -С.129-132.

113. Гуревич С.Б., Муратиков К.Л. К вопросу об образовании сигнала в фотоакустических камерах для исследования твердотельных объектов // ЖТФ. 1985. - Т.55. - №7. - С.1357-1361.

114. Firebaugh S.L., Jensen K.F., Schmidt М.А. Miniaturization and integration of photoacoustic detection with a microfabricated chemical reactor system// J. Microelectromechanical Systems. -2001. Vol.10. -No.2. - pp.232-237.

115. McDonald F.A., Wetsel G.C. Generalized theory of the photoacoustic effect // J. Appl. Phys. 1978. - Vol.49. -No.4. - pp.2313-2322.

116. McDonald F.A. Theory of photoacoustic signal generation for optimized photoacoustic cell // J. Appl. Phys. 1981. - Vol.52. - No.3. - pp. 1462-1463.

117. Pichado-Mjlina J.L., Alvarado-Gil J.J. Heat diffusion and thermoelastic vibration influence on tlie signal of an open photoacoustic cell for two layer system // J. Appl. Phys. 2004. -Vol.95. - N11. - pp.6450-6456.

118. Grice K.R., Inglehart L.J., Favro L.D., Kuo P.K., Thomas R.L. Thermal-wave imaging of closed cracks in opaque solids //J Appl. Phys.- 1983,- Vol.54. No.l 1,- p.6245-6251.

119. Holstein W.L. Image formation in electron thermoelastic acoustic microscopy // J. Appl. Phys. 1985. - Vol.58. -No.5. -pp.2008-2021.

120. Hongyo M., Oohara Y., Nakashima S. Impulse response of piezoelectric signal in semiconductors // IEEE J. Quantum Electronics. 1989. - Vol.25. - No.5. - pp. 1118-1124.

121. Булах Г.И., Бурбело P.M., Гуляев А.Л., Жабитенко H.K., Кучеров И.Я. Собственные моды колебаний пьезодатчика фотоакустического микроскопа и их вклад в позиционную чувствительность //ЖТФ. 1992. - Т.62. - №10. - С.86-93.

122. Franko М., Tran C.D. Analytical thermal lens instrumentation // Rev. Sci. Instrum. 1996. -Vol.67.-No.l.-pp.1-18.

123. Moreau J., Loriette V. Confocal thermal-lens microscope // Opt. Lett. 2004. - Vol.29. -pp. 1488-1490.

124. Воссага А.С., Fournier D., Badoz J. Thermo-optical spectroscopy: detection by the "mirage effect" // Appl. Phys. Lett. 1980,- Vol.36r- No.2. - pp. 130-132.

125. Murphy J.C., Aamodt C. Photothermal spectroscopy using optical beam probing: mirage effect // J. Appl. Phys.- 1980,- Vol.51. -No.9. pp.4580-4588.

126. Olmstead M.A., Amer N.M., Kohn S., Fournier D., Воссага A.C. Photothermal displacement spectroscopy: an optical probe for solids and surfaces //Appl. Phys. A. 1983.-Vol.32. - No.2. - pp. 141-154.

127. Zammit U., Marinelli M., Pizzoferrato R. Surface states and buried interface states studies in semiconductors by photothermal deflection spectroscopy // J. Appl. Phys. 1991. - Vol.69. -No.5. - pp.3296-3290.

128. Миргородский В.И., Сабликов В.А., Филатов A.JI. Фоторефрактивный метод бесконтактного определения рекомбинационных характеристик полупроводников // ФТП. 1993. -Т.27. - №1. -С.81-87.

129. Amato G., Fizzotti F. Gap-states distribution in amorphous-silicon films as obtained by photothermal deflection spectroscopy // Phys. Rev. B. 1992. - Vol.45. - No.24. - pp. 1410814113.

130. Amato G., Giorgis F. Accurate reconstruction of the density of states in Si:H by constant photocurrent and photothermal deflection spectroscopy // J. Appl. Phys. 1993. - Vol.74. -No.6. - pp.3956-3960.

131. Suber G., Bertolotti M., Sibilia C., Ferrari A. Test measurements of the photothermal method to determine the thermal diffusivity of solids // Appl. Opt. 1988. - Vol.27. - No.9. -pp.1807-1810.

132. Sanchez-Lavega A., Salazar A. Thermal diffusivity measurements in opaque solids by the mirage technique in the temperature range from 300 to 1000 К // J. Appl. Phys. 1994. -Vol.76. -No.3. - pp. 1462-1468.

133. Миргородский В.И., Новичихин Е.В., Носырев В.М., Сабликов В.А. Применение эффекта "миража" для измерения температуропроводности твердых тел // ЖТФ. 1994. -Т.64. -№2. -С. 174-179.

134. Thomas R.L. Reflections of a thermal wave imager: two decades of research in photoacoustics and photothermal phenomena // Analytical Sciences. 2001. - Vol.17. - Special issue. - pp.sl-s4.

135. Зуев В.В., Петровский А.Н., Сальник А.О. Анализ свойств полупроводников методом объемной фотодефлекционной спектроскопии //Препринт МИФИ. 1987. - №046. - 24 с.

136. During A., Fossati C., Commandre M. Photothermal deflection microscopy for imaging sub-micronic defects in optical materials // Opt. Commun. 2004. - Vol.230. - No.4-6. - pp.279286.

137. Corona-Organiche E., Lopez-Cruz E., Varquez-Lopez C., Morales J.E. The interferometric mirage effect method: The determination of thermal diffusivity of CdMnTe // Microelectronics Journal. -2005. Vol.36. -No.10. -pp.917-921.

138. De Rosa M., Conti L., Cerdonio M., Pinard M., Marin F. Experimental measurement of the dynamic photothermal effect in Fabry-Perot cavities for gravitational wave detectors // Phys. Rev. Lett. 2002. - Vol.89. - No.23. - pp.237402-1-4.

139. Black E.D., Grudinin I.S., Rao S.R, Libbrecht G. Enhanced photothermal displacement spectroscopy for thin film characterization using a Fabry-Perot resonator // J. Appl. Phys. -2004. Vol.95. -No. 12. - pp.7655-7659.

140. Seidel B.S., Duebel O., Faubel W., Ache H.J. Trace analysis of pollutants in water using the photothermal interferometry as HPLC detector//Fresenius J. of Analytical Chemistry. 1996. - Vol.354. — No.7-8. - pp.900-902.

141. Sedlacek A.J. Real-time detection of ambient aerosols using photothermal interferometry: Folded Jamin interferometer // Rev. Sci. Instrum. 2006. - Vol.77. - pp.064903-1-8.

142. Jumel J., Rochais D. Measurement of thermal diffusivity, elastic anisotropy and crystallographic orientation by interferometric photothermal microscopy 111. Phys. D: Appl. Phys. -2007. Vol.40. - No. 13,- pp.4060-4072.

143. Schley R.S., Telschow K.L. Containerless photothermal spectroscopy using photorefractive interferometric detection // Opt. Eng. 2002. - Vol.41. -No.7. - pp.1688-1695.

144. Лукьянов А.Ю., Погорелко A.A. Фазовый (интерференционный) фототермический метод для раздельного измерения поверхностного и объемного поглощения // ЖТФ. -2002. Т.72. - №5. - С.72-77.

145. Tachizaki Т., Muroya Т., Matsuda О., Sugawara Y., Hurley D.H., Wright О.В. Scanning ultrafast Sagnac interferometry for imaging two-dimensional surface wave propagation // Rev. Sci. Instrum. 2006. - Vol.77. - pp.043713-1-12.

146. Davis C.C., Petuchowski S.J. Phase fluctuation optical heterodyne spectroscopy of gases //Appl. Opt.- 1981,-Vol.20. -No. 14.-pp.2539-2554.

147. Opsal J., Rosencwaig A., Willenborg D.L. Detection of optical reflections //Appl. Opt.-1983. Vol.22. - No. 11. - pp.3169-3176.

148. Rosencwaig A., Opsal J., Smith W.L., Willenborg D.L. Detection of optical reflections //Appl. Phys. Lett.- 1985,-Vol.46. No. 11. - pp. 1013-1021.

149. Smith W.L., Rosencwaig A., Willenborg D.L., Taylor M.W. Ion implantation monitoring with thermal wave technology //Sol. St. Technol. 1986. - Vol.29. - No.l. - pp.85-91.

150. Fournier D. and Forget B.C. Thermal wave probing of electronic and thermal properties of semiconductors. J. de Physique. IV. V0I.C6. 1991. - pp.241-252

151. Резников A.B. Особенности низкочастотного неразрушающего фототеплового контроля толщины тонких металлических пленок на стекле // Оптический журнал. 2002.- Т.69. №10. - С.25-28.

152. Salnick A., Opsal J. Quantitative photothermal characterization of ion implanted layer in Si //J. Appl. Phys. -2002. Vol.91. - No.5. - pp.2874-2882.

153. Nordal P.-E., Kanstad S.O. Photothermal radiometry // Phys. Scr. 1979. - Vol.20. - No.5-6.- pp.659-662.

154. Nordal P.-E., Kanstad S.O. Experimental aspects of photothermal radiometry // Can. J. Phys. 1986,-Vol.64. -No.9. -pp.1155-1164.

155. Ikari Т., Salnick A., Mandelis A. Theoretical and experimental aspects of three-dimensional infrared photothermal radiometry of semiconductors // J. Appl. Phys. 1999. - Vol.85. - No. 10. -pp.73 92-7397.

156. Martinsons C., Levick A., Edwards G. Precise measurements of thermal diffusivity by photothermal radiometry for semi-infinite targets using accurately determined boundary conditions// Analytical Sciences. -2001. Vol.17. -Special issue. -pp.sll4-sll7.

157. Gendre D., Berthet O., Huet-Aubert M. Temperature dependence of thermal diffusivity measured by photothermal radiometry // Int. J. Thermophysics. 1988. - Vol.9. - No.4. -pp.599-610.

158. Quinn S., Dulieu-Barton J.M. Identification of the sources of non-adiabatic behavior for practical thermoelastic stress analysis // J. Strain Analysis. 2002. - Vol.37. - No.l. - pp.5971.

159. Dulieu-Barton J.M., Worden К. Genetic identification of crack-tip parameters using thermoelastic isopachics // Measurement Science and Technology. 2003. - Vol.14. - pp. 176183.

160. Quinn S., Dulieu-Barton J.M., Langlands J.M. Progress in thermoelastic stress measurement // Strain. 2004. - Vol.40. - pp. 127-133.

161. Dulieu-Barton J.M., Emery T.R., Quinn S., Cunningham P.R. A temperature corrections methodology for quantitative thermoelastic stress analysis and damage assessment // Measurement Science and Technology. 2006. - Vol.17. - pp. 1627-1637.

162. Jackson W.B., Amer N.M., Boccara A.C., Fournier D. Photothermal deflection spectroscopy and detection //Appl. Opt. 1981,- Vol.20. - No.8 - p. 1333-1344.

163. Salazar A., Sanchez-Lavega A., Fernandez J. Theory of thermal diffusivity determination by the "mirage" technique in solids // J. Appl. Phys. 1989. - Vol.65. -No.ll. - pp.4150-4156.

164. Legal Lasall E., Lepoutre F., Roger J.P. Probe beam size effects in photothermal deflection experiments//J. Appl. Phys.- 1988.- Vol.64. -No.l. pp.1-5.

165. Hata Т., Takahashi K., Horita S. Study on differential photothermal deflection spectroscopy (PDS) considering the intensity profile of a probe beam // Jpn. J. Appl. Phys. 1993. - Vol.32. -Part 1. -No.5B. - pp.2557-2560.

166. Fang J.W., Zhang S. Y. Modeling for laser-induced surface thermal lens in semiconductors // Appl. Phys.: B. 1998. - Vol.67. - pp.633-639.

167. Weiss P., Sigrist M.W. Material characterization by interferometric detection of acoustically induced surface displacement // Springer series in Optical Sciences. Berlin: Springer Verlag. -1990. Vol.69, -pp.287-289.

168. Olmstead M.A., Amer N.M. Direct measurement of the polarization dependence of Si(l 11)2x1 surface-state absorption by use of photothermal displacement spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 1984. - Vol. 52. - No. 13. - pp. 1148-1151.

169. Миргородский В.И., Орлова Г.А., Филатов A.JI. Дистанционное зондирование температуропроводности твердых тел фототермодиформационным методом // ЖТФ. -1992. Т.62. - №3ю - С. 181-184.

170. Levy A., Amer N.M. Time-resolved surface expansion of metals under picosecond laser illumination // Appl. Phys. Lett. 1995. - Vol.66. -No.26. - pp.3594-3596.

171. Коноваленко А.Д. Введение в термрупругость. Киев: Наукова думка, 1965. - 204 с.

172. Lepoutre F. Coupled equation of modulated "photothermal effects, hypotheses and solution // J. de Physique.- 1983,- Vol.44. C0I.C6.- pp.3-8.

173. Vidberg H.J., Jaarinen J., Riska D.O. Inverse determination of the thermal-conductivity profile in steel from the thermal-wave surface data // Can. J. Phys. 1986. - Vol.64. - No.9. pp.1178-1183.

174. Lau S.K., Almond D.P , Patel P.M. A quantitative analysis of pulsed video thermographic imaging of subsurface defects // Springer series in Optical Sciences. Berlin: Springer Verlag. -1990. Vol.69. - pp.522-524.

175. Power J. Expectation minimum a new principle of inverse problem theory in the photothermal sciences: theoretical characterization of expectation values // Opt. Eng. - 1997. -Vol.36. - No.2. - pp.487-503.

176. Glorieux C., Li Voti R., Thoen J., Bertolotti M., Sibilia C. Photothermal depth profiling: analysis of reconstruction errors // Inverse Problems. 1999. - Vol. 15. - pp. 1149-1163.

177. Li Voti R., Sibilia C., Bertolotti M. Photothermal depth profiling by thermal wave backscattering and genetic algorithms // Int. J. Thermophysics. 2005. - Vol.26. - No.6. -pp.1833-1848.

178. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. - 487 с.

179. Wang С., Mandelis A., Liu Y. Photothermal radiometry with solid cylindrical samples // J. Appl. Phys. 2004. - Vol.96. -No.7. - pp.2485-2505.

180. Wang C., Liu Y., Mandelis A. Frequency domain radiometry with spherical solids // J. Appl. Phys. -2007. Vol.101. - No.8. - pp.083503-083503-8.

181. Mandelis A. Theory of photothermal wave diffraction tomography via spatial Laplace spectral decomposition // J. Phys.: A. 1991. - Vol.24. - pp.2485-2505.

182. Gusev V., Velinov Ts., Bransalov K. Thermal-wave depth profiling of inhomogeneous solids // Semicond. Sci. Technol. 1989. - Vol.4. - pp.20-24.

183. Hodgson R.J.W. Regularization techniques applied to depth profiling with photoacoustic spectroscopy // J. Appl. Phys. 1994. - Vol.76. - No. 11. - pp.7524-7529.

184. Jiang E.Y., Palmer R.A., Chao J.L. Development and applications of a photoacpoustic phase theory for multilayer materials: The phase difference approach // J. Appl. Phys. 1995. -Vol.78. - No.l. - pp.460-469.

185. Fivez J., Thoen J. Thermal waves in materials with linearly inhomogeneous thermal conductivity // J. Appl. Phys. 1994. - Vol.75. - No. 12. - pp.7696-7699.

186. Lan T.T., Seidel U., Walther H.G. Theory of microstructural depth profiling // J. Appl. Phys. 1995. - Vol.77. - No.9. - pp.4739-4745.

187. Fivez J., Thoen J. Thermal waves in materials with inhomogeneous thermal conductivity: An analytical approach // J. Appl. Phys. 1996. - Vol.79. - No.5. - pp.2225-2228.

188. Mandelis A. Diffusion-wave fields: Green functions and mathematical methods. New York, Springer, 2001.

189. Shendeleva M.L. Characterization of layered structures by photoacoustic piezoelectric technique // Proc. SPIE. 1998. - Vol.3359. - pp.484-489.

190. Vertsanova E.V., Yakimenko Yu.I. Mathematical model of photoacoustic microscopy with piezoelectric detection // Semiconductor Physics, Quantum Electronics&Optoelectronics. -1999. Vol.2. -No.3. - pp.41-44.

191. Lax M., Louisell W.H., McKnight W.B. From Maxwell to paraxial wave optics // Phys. Rev A. 1975,- Vol.ll. -No.4.- pp. 1365-1370.

192. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. -M.: Наука, 1970. 855 с.

193. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. М.: Мир, 1970. - 364 с.

194. Ярив А. Квантовая электроника. М.: Советское радио, 1980. - 488 с.

195. Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции,- М.: Наука, 1968.- 344 с.

196. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972,- 720 с.

197. Таблицы физических величин: Справочник // Под ред. Кикиона И.К.- М.: Атомиздат, 1976.-1006 с.

198. Hasselman D.P.H., Johnson L.F., Bentsen L.D., Syed R., Lee H.L. Thermal diffusivity and conductivity of dense polycrystalline Zn02 ceramic // Am. Ceram. Soc. Bull. 1987. - Vol. -66. -No.5. - pp.799-806.

199. Chudecki J.F. Silicon nitride for high-performance bearing // Bull. Am. Ceram. Soc. 1990.- Vol.69. No.7. - pp. 1113-1115.

200. Rantala J., Hartikainen J., Jaarinen J. Photothermal determination of vertical crack lengths in silicon nitride // Appl. Phys.: A. 1990. - Vol.50. - pp.465-471.

201. Bennet C.A., Patty R.R. Thermal wave interferometry: potential application of the photoacoustic effect // Appl. Opt. 1982. - Vol.21. - pp.49-54.

202. Cook R.F., Pharr G.M. Direct observation and analysis of indentation cracking in glasses and ceramics //J. Am. Ceram. Soc. 1990. - Vol.73. - No.4. - pp.787-817.

203. Pezzotti G., Muraki N., Maeda В., Satou K., Nishida T. In situ measurement of bridging stresses in toughened silicon nitride using raman microprobe spectroscopy // J. Am. Ceram. Soc.- 1999.-Vol.82. No.5.-pp. 1249-1256.

204. Wu Z.L., Kuo P.K., Lu Y.S., Gu S.T., Krupe R. Non-destructive evaluation of thin film coating using a laser-induced surface thermal lensing effect // Thin Solid Films. 1996. -Vol.271.-No.7.-pp.290-291.

205. Wu Z.L., Thomsen M., Kuo P.K., Lu Y.S., Stolz C., Kozlowski M. Photothermal characterization of optical thin film coatings // Opt. Eng. 1997. Vol.36. - pp.251-262.

206. Nakata Т., Yoshimura K., Ninomiya T. Real-time photodisplasement microscope for high-sensitivity simultaneous surface and' subsurface inspection // Appl. Opt. 2006. - Vol.45. -No. 12. - pp.2643-2655.

207. Kuo P.K., Munidasa M. Single-beam interforometry of a thermal bump // Appl. Opt. 1990. -Vol.29, -pp.5326-5331.

208. Fang J.W., Zhang S.Y. Modeling for laser-induced surface thermal lens in semiconductors // Appl. Phys.: B. 1998. - Vol.67. - pp.633-639.

209. Виноградова М.Б., Руденко О .В ., Сухорукое А.П. Теория волн. М.: Наука, 1979. -384 с.

210. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. 4.2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. - 464 с.

211. Будак Б.М., Фомин С.В. Кратные интегралы и ряды. М.: Наука, 1967. - 607 с.

212. Лоудон Р. Квантовая теория света. М.: Мир, 1976. - 488 с.

213. Ван дер Зил А. Шумы при измерениях. М.: Мир, 1979. - 292 с.

214. Зверев В.А. Радиооптика. M.: Советское радио, 1975. - 304 с.

215. Weinberg F.J., Wood N.B. Interferometer based on four diffraction gratings //J. Sci.- Instrum.- 1959,- Vol.36. pp.227-230.

216. Кольер P., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. М.: Мир, 1973,- 686 с.

217. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. М. : Мир, 1970. - 364 с.

218. Популис А. Теория систем и преобразований в оптике. М. : Мир, 1971. - 496 с.

219. Зенкевич А.В., Неволин В.Н., Петровский А.Н., Сальник А.О. Фотодефлекционная спектроскопия ионноимплантированного кремния //Квантовая электроника.- 1987,- Т. 14, №6,- С. 1274-1278.

220. Dulieu-Barton J.M., Stanley P. Development and application of thermoelastic stress analysis // J. of Strain Analysis. 1998. - Vol.33. -No.2 - pp.93-104.

221. Морозов E.M., Зернин M.B. Контактные задачи механики разрушения. М. : Машиностроение, 1999. - 544 с.

222. Иванова B.C., Баланкин А.С., Бунин И.Ж., Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы в материаловедении. -М.: Наука, 1994. 383 с.

223. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. -М.: Наука, 1980. 512 с.

224. Петрашень Г.И. Распространение волн в анизотропных средах. Л: Наука, 1980. 280 с.

225. Гарбер Р.И., Гиндин И.А. Упругая деформация и тепловое расширение // ФТТ.- 1961. -Т.З, №1,- С. 176-177.

226. Новожилов В.В. Основы нелинейной теории упругости. Л.-М. : Гостехиздат, 1948. -211 с.

227. Грин А., Адкинс Дж. Большие упругие деформации и нелинейная механика сплошной среды. -М. : Мир, 1965. -455 с.

228. Kim K.Y. Thermodynamics at finite deformation of an anisotropic elastic solid //Phys Rev. В.- 1996,- Vol.54. -No.9. pp.6245-6254.

229. Miller D.G., Andersson C.A., Singhal S.C., Lahge F.F., Diax E.S., Kossowsky R. Brittle materials design, high temperature gas turbine material technology. Report AMMRC CTR 7632 Vol.IV. Watertown, Massachusetts, 1976. 240 p.

230. Mackin T.J., Purcell Т.Е. The use of thermoelesticity to evaluate stress distribution and notch sensitivity in ceramic matrix composites // Exp. Techniques. 1996. - Vol.20. - No.2. -pp. 15-20.

231. Седов Л.М. Механика сплошной среды. Т.2. -М.: Наука, 1970. 568 с.

232. Marshall D.B., Lawn B.R. Flaw characterization in dynamic fatigue: The influence of residual contact stresses // J. Am. Ceram. Soc. 1980. - Vol.63. - No.9-10. - pp.532-536.

233. Braun L.M., Bennison S.J., Lawn B.R. Objective evaluation of short-crack toughness curves using indentation flaws: case study of alumina-based ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1992. -Vol.75. - No. 11. - pp.3049-3057.

234. Li C.W., Lee D.J., Lui S.C. i?-curve behavior and strength for in-situ reinforced silicon nitrides with different microstructure // J. Am. Ceram. Soc. 1992. - Vol.75. - No.7. - pp. 17771785.

235. Kirchner H.P., Isaacson E.D. Residual stresses in hot-pressed Si3Ni grooved by single-point grinding//J. Am. Ceram. Soc. 1982. - Vol.65. - No. 1. - pp.55-60.

236. Rice R.W., Mecholsky J.J., Becher P.F. The effect of grinding on flaw character and strength of single crystal and polycrystalline ceramics // J. Mater. Sci. 1981. - Vol.16. -pp.853-862.

237. Сегал В.М., Резников В.И., Дробышевский А.Е., Копылов В.И. Пластическая обработка металлов простым сдвигом // Известия АН СССР. Металлы. 1981. - №1. -С.115-123.

238. Yoffe Е.Н. Elastic stress fields caused by indenting brittle materials // Philosophical Magazine: A. 1982. - Vol.46. -No.4. - pp.617-628.

239. Carlsson S., Larsson P.L. On the determination of residual stress and strain fields by sharp indentation testing. Part I: Theoretical and numerical analysis // Acta Mater. 2001. - Vol.49. -pp.2179-2191.

240. Carlsson S., Larsson P.L. On the determination of residual stress and strain fields by sharp indentation testing. Part П: Experimental investigation // Acta Mater. 2001. - Vol.49. -pp.2193-2203.

241. Suterio R., Albertazzi A., Amaral F.K. Residual stress measurement using indentation and a radial electronic speckle pattern interferometer resent progress // J. Strain Analysis. - 2006. -Vol.41. -No.7. - pp.517-524.

242. Основные опубликованные работы, по материалам которых написана диссертация

243. Al. Glazov A.L., Muratikov K.L. Photodeflection signal formation in thermal wave spectroscopy and microscopy of solids within the framework of wave optics. "Mirage" effect geometry // Opt. Comm. 1991. - Vol.84. -No.5-6. -pp.283-289.

244. A3. Гуревич С.Б., Муратиков K.JI. Фототермоакустика. М., Знание, 1990, 64 с.

245. А4. Муратиков К.Л. Об особенностях поведения температурных волн в твердых телах при описании теплопроводности уравнением гиперболического типа // Письма в ЖТФ. -1995. Т.21. - №12. - с.88-94.

246. А5. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Фотодефлекционный и интерферометрический методы регистрации сигнала в термоволновой микроскопии и спектроскопии // ЖТФ. 1991. -Т.61. -№11. - С.187-196.

247. А6. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Расчет фотодефлекционного сигнала в рамках волновой оптики //ЖТФ. 1993. - Т.63. - №4. - С. 160-166.

248. А7. Glazov A.L., Muratikov K.L. Transverse photodeflection signal formation in the framework of wave optics theory. Abstr. of the 8th Int. Topical Meeting on Photoacoustic and Photothermal Phenomena. Guadeloupe, France, 1994, pp.31-32.

249. A8. Glazov A.L., Muratikov K.L. Simulations of photodeflection measurements of thermal diffusivity of solids: Wave optics approach // J. Appl. Phys. 1994. - Vol.76. - No.6. -pp.3279-3284.

250. A10. Walther H.G., Muratikov K.L., Glazov A.L. Thermal diffusivity determination by the photodeflection method. The influence of wave optical effects // J. de Physique. 1994. -Vol.4. -C7. -pp.291-294.

251. A12. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Теория образования фотодефлекционного сигнала в рамках волновой оптики при лазерных термоволновых экспериментах ствердотельными объектами. Тангенциальная компонента // ЖТФ. 1994. - Т.64. - №1. -С.118-127.

252. А13. Муратиков К. Л., Глазов A.JI. К вопросу об измерении теплофизических параметров объемных материалов фотодефлекционным методом // Письма в ЖТФ. 1995. - Т.21. -№21. -С.32-38.

253. А14. Glazov A.L., Muratikov K.L. Measurement of thermal parameters of solids by a modified photodeflection method // Opt. Eng. 1997. - Vol.36. -No.2. - pp.358-362.

254. A15. Глазов A.JI., Муратиков К.Л. Особенности поведения фотодефлекционного сигнала в системах термоволновой микроскопии и спектроскопии с двумя объективами // ЖТФ. — 1993. -Т.63,-№7. С. 115-122.

255. А16. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Определение теплофизических характеристик и параметров трещин в керамиках фотодефлекционным методом // ЖТФ. 2001. - Т.71. -№6. - С.110-115.

256. А17. Muratikov K.L.,.Glazov A.L, Walther H.G. Photothermal measurement of the thermal parameters of volume materials and thin films by the photodeflection method // High Temperatures-High Pressures. 1999. - Vol.31. - pp.69-73.

257. A18. Muratikov K.L. Wave optics version of photoreflectance signal formation in thermal wave experiments. Abstr. of the 8th Int. Topical Meeting on Photoacoustic and Photothermal Phenomena. Guadeloupe, France, 1994, pp.521-522.

258. A19. Muratikov K.L. Wave optics version of photoreflectance signal formation in thermal wave experiments with solids // J. de Physique. 1994. - Vol.4. - C7. - pp.777-780.

259. A20. Муратиков К.Л. Формирование фоторефлекционного сигнала в рамках волновой оптики при термоволновых экспериментах с твердыми телами // ЖТФ. 1995. - Т.65. -№2. - С.95-107.

260. А21. Муратиков К.Л. Формирование фоторефлекционного сигнала в рамках волновой оптики при термоволновых исследованиях твердотельных объектов // Оптика и Спектроскопия. 1996. - Т.80. - №4. - С.665-670.

261. А22. Muratikov K.L., Usov I.O., Walther H.G., Karge H., Suvorov A.V. Photothermal reflectance investigation of ion implanted 6H-SiC // Appl. Phys. Lett. 1997. - Vol.71. - No.20. -pp.3001-3003.

262. A23. Karge K., Muratikov K.L., Walther H.G. Photothermal characterization of ion implanted SiC. Abstr. of the 9th Int. Conf. on Photoacoustic and Photothermal Phenomena. Nanjing, China, 1996, pp. 147-148.

263. А24. Вальтер Х.Г., Карге X., Муратиков K.JL, Суворов А.В., Усов И.О. Исследование имплантированных слоев в карбиде кремния модуляционным фоторефлекционным методом. Письма ЖТФ. 1997. - Т.23. - №13. - С. 11-20.

264. А25. Glazov A.L., Muratikov K.L. Photoacoustic and photodeflection microscopy of solid objects. Proc. of the Int. E.Abbe Conference. - Jena, Germany, 1989, p.55.

265. A26. Glazov A.L., Muratikov K.L. Photodeflection and interferometic wave microscopy of solids //Int. J. of Optoelectronics.- 1989,- Vol.4. -No.6.- pp.589-597.

266. A27. Walther H.G., Friedrich K., Haupt K., Muratikov K.L., Glazov A.L. New phase interference technique applied for sensitive photothermal microscopy //Appl. Phys. Lett.- 1990. Vol.57. -No. 16,-pp. 1600-1601.

267. A28. Глазов A.JL, Муратиков K.JL О фотодефлекционном и интерферометрическом методах регистрации сигнала в термоволновой микроскопии и спектроскопии // Письма в ЖТФ. -1990. Т. 16. -N18. - с.81-87.

268. A30. Гуревич С.Б., Муратиков К.JI. Сигналы и шумы в фотоакустической системе // Тез. докладов П Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы развития радиоптики», М., 1985,- Часть 2,- С.230-231.

269. А32. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Фотоакустическая микроскопия с микрофонной регистрацией сигнала //Тез.докладов ХШ Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике. Черновцы.- 1986,- Ч.1.- С.284.

270. А34. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Об изображениях твердотельных объектов, формируемых системами фотоакустической микроскопии//ЖТФ.-1987. -Т.57. -№11.- С.2184-2191.

271. А35. Глазов А.Л., Гуревич С.Б., Муратиков К.Л. О характеристиках фотоакустических систем для построения изображений твердотельных объектов //ЖТФ. 1987. - Т.57. - №3. - С.600-602.

272. А36. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Исследование многослойных твердотельных структур фотодефлекционным методом // Дефектоскопия,- 1989,- №9,- С.35-41.

273. А37. Глазов А.Л., Калиновский B.C., Муратиков К.Л. Исследование влияния облучения GaAs высокоэнергетическими протонами на характеристики термоволновых сигналов // Письма в ЖТФ. 1992. - Т. 18. - №5. - С.9-14.

274. А38. Glazov A.L., Muratikov K.L., Suvorov A.V. Thermal wave measurement of ion implanted semiconductors in the mirage effect geometry // Appl. Phys. Lett. 1992. - Vol.61. - No.5. -pp.569-571.

275. A39. Глазов А.Л., Муратиков К.Л., Суворов А.В. Влияние процессов ионной имплантации на характеристики термоволновых сигналов от полупроводниковых материалов в геометрии эффекта "миража" // ЖТФ. 1993. - Т.63. - №2. - С. 160-166.

276. А43. Глазов А.Л., Муратиков К.Л. Исследование процессов формирования изображений твердотельных объектов в системах фотодефлекционной микроскопии //ЖТФ. 1989,-Т.60. -№2. - С. 164-170.

277. A46. Muratikov K.L. Theory of the Photothermal and photoacoustic effects in solids with residual stresses. Abstr. of the 11th Int. Conference on Photoacoustics and Photothermal Phenomena. -Kyoto, Japan, 2000, p. P-02-05.

278. A47. Муратиков K.JI. К теории генерации механических колебаний лазерным излучением в твердых телах с внутренними напряжениями // Письма в ЖТФ. 1998. - Т.24. - №13. -С.82-88.

279. А48. Муратиков K.JI. Теория генерации механических колебаний лазерным излучением в твердых телах с внутренними напряжениями на основе термоупругого эффекта // ЖТФ. 1999. - Т.80. - №4. - С.665-670.

280. А49. Муратиков K.JI. О формировании изображений неоднородных объектов лазерным фотоакустическим методом // Письма в ЖТФ. 2004. - Т.30. - №22. - С.58 - 64.

281. А50. Муратиков K.JI. О формировании изображений неоднородных объектов со свободной границей лазерным фотоакустическим методом // Письма в ЖТФ. 2005. - Т.31. - №19. -С.59 -66.

282. А51. Ганжерли Н.М., Глазов A.JI., Григорьев Г.К., Муратиков К.Л. Способ определения теплофизических и упругих параметров твердых материалов. А.с. СССР № 1805285, 1992 (приоритет от 23.11.1988).

283. А55. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photothermal and photoacoustic measurement and imaging of residual stresses in solids. Proc. of the 3rd International Congress on Thermal Stresses. Cracow, Poland, 1999, pp.669-672.

284. A58. Муратиков K.JI., Глазов А.Л. Теоретическое и экспериментальное исследование фотоакустического и электронноакустического эффектов в твердых телах с внутренними напряжениями // ЖТФ. 2000. - Т.70. -№8. - С.69-76.

285. А59. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustic effect in stressed elastic solids // J. Appl. Phys. 2000. - Vol.88. -No.5. - pp.2948-2955.

286. A60. Муратиков К.Л., Глазов А.Л., Роуз Д.Н., Думар Д.Е, О влиянии внешней механической нагрузки на поведение фотоакустического сигнала от радиальных трещин в AbCb-SiT-TiC керамике // Письма в ЖТФ. 2002. - Т.28. - №9. - с.48-57.

287. А61. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Применение лазеров в фотоакустической и фототермической микроскопии твердых тел с внутренними напряжениями. Тезисы конференции "Лазеры, измерения, информация". С.-Петербург, 2001, с.44-45.

288. А62. Muratikov K.L., Glazov A.L. Application of lasers in photoacoustic and photothermal microscopy of solids with residual stresses // Proc. SP1E. 2001. - Vol.4680. - pp. 167-176.

289. A63. Muratikov K.L., Glazov A.L. Photoacoustic and photothermal investigation of solids with residual stresses. Abstr. of the 5th Workshop on Photoacoustic and Photothermics. Wisla-Beskidy Mountains, Poland, 2000, p.60.

290. A64. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Лазерная фотоакустическая микроскопия твердотельных объектов с внутренними напряжениями. Тезисы конференции "Лазеры, измерения, информация",- С.-Петербург, 2002, с.43-44.

291. А65. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Thermoelastic photoacoustic effect near tips of radial cracks in ceramics under external loading // High Temperatures-High Pressures. 2002. - Vol.34. - pp.585-590.

292. А66. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustics of the stressed state in solids. Abstr. of the 11th Int. Conference on Photoacoustics and Photothermal Phenomena. -Toronto, Canada, 2002, p.200 (invited).

293. A67. Муратиков K.JI., Глазов А.Л. Влияние внешней механической нагрузки на упругие напряжения вблизи радиальных трещин в АЬОз-SiC-TiC керамике, регистрируемые фотоакусгическим методом // ЖТФ. 2003. - Т.73. - №8. - С.90-97.

294. А68. Muratikov K.L., Glazov A.L. Recent photothermal and photoacoustic investigations in AF.Ioffe Physical Technical Institute of RAS // Molecular and Quantum Acoustics. - 2000. -Vol.21, - pp. 179-190.

295. A69. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Нелинейный термоупругий эффект в деформируемых твердых телах с остаточными напряжениями. Аннотации докладов VTLI Всероссийского Съезда по Теоретической и Прикладной Механике. Пермь, 2001, с. 186.

296. А70. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Investigation of photoacoustic thermoelastic effect in solids with residual stresses. Proc. of the "17th International Congress on Acoustics". Rome, Italy, 2001.

297. A71. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photothermal and photoacoustic investigation of solids with residual stresses. Abstr. of the 11th Int. Conference on Photoacoustics and Photothermal Phenomena. Kyoto, Japan, 2000,p.P-02-06.

298. A73. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photothermal and photoacoustic measurement of thermal and thermoelastic properties of ceramics with residual stresses // High Temperatures-High Pressures. 2001. - Vol.33. -No.3. - pp.285-292.

299. A74. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustic thermoelastic effect in ceramics with residual stresses under annealing. Proc. of the 4th Int. Congress on Thermal Stresses. Osaka, Japan, 2001, pp.85-88.

300. A75. Муратиков К.Л., Глазов А.Л., Николаев В.И., Роуз Д.Н., Думар ДЕ. Влияние отжига на поведение фототермического и фотоакустического сигналов от AbOs-SiT-TiC керамики // Письма в ЖТФ. 2001. - Т.27. - №12. - С.33-41.

301. А77. Muratikov K.L. Theory of the stresses influence on the photoacoustic thermoelastic signal near the vertical crack. Abstr. of the 11th Int. Conference on Photoacoustics and Photothermal Phenomena. Toronto, Canada, 2002, p.208.

302. A78. Muratikov K.L. Theory of the stresses influence on the photoacoustic thermoelastic signal near the vertical crack // Rev. Sci. Instrum. 2003. - Vol.74. - No. 1 - pp.722-724.

303. A79. Muratikov K.L., Glazov A.L., Rose D.N., Dumar J.E. Photoacoustics of the stressed state in solids // Rev. Sci. Instrum. 2003. - Vol.74. - No.7. - pp.3531-3535. (materials of the invited lecture at 12ICPPP)

304. A82. Muratikov K.L., Glazov A.L. Nonlinear elasticity, thermoelasticity and photoacoustic effect in stressed materials. Abstr. of XXXI Summer School Conference "Advanced Problems in Mechanics". - St.Petersburg (Repino), Russia, 2003, pp.71-72.

305. A83. Muratikov K.L., Glazov A.L. Laser photoacoustic microscopy of solids with residual stresses //Proc. SPIE. -2003. Vol.5066. - pp.78-83.

306. A84. Muratikov K.L., Glazov A.L. Theoretical and experimental investigation of the photoacoustic effect in solids with residual stresses // Central European Journal of Physics. 2003. - Vol.1. -N3. - pp. 485-515. (review paper) (http://www.cesj.com).

307. A85. Muratikov K.L., Glazov A.L. Nonlinear elasticity, thermoelasticity and photoacoustic effect in stressed materials. Proc. of XXXI Summer School Conference "Advanced Problems in Mechanics". - St.Petersburg (Repino), Russia, 2003, pp.245-249.

308. A86. Muratikov K.L., Glazov A.L. On the possibility to detect residual stresses by thermoelastic photoacoustic method. Abstr. of the XV Int. Conference "Physics of Fracture and Plasticity of Materials". Tol'jatti, Russia, 2003, p.2-42.

309. А90. Muratikov K.L., Glazov A.L. Photothermoacoustic effect near Vickers indentations in modern ceramics. Proc. of the 6th Int. Congress on Thermal Stresses. Vienna, Austria, 2005, pp.297 -300.

310. A91. Muratikov K.L., Glazov A.L. Photoacoustic microscopy of Vickers indented ceramics with various mutual orientations of radial cracks and external loading // Proc. SPIE. 2005. -Vol.5447. - pp.223 -233.

311. A92. Muratikov K.L., Glazov A.L. Thermoelastic photoacoustic microscopy of Vickers indented metals. Abstr. of XXXIII Summer School Conference "Advanced Problems in Mechanics". St.Petersburg (Repino), Russia, 2005, p.70.

312. A93. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Влияние внешних и технологических напряжений на фотоакустические изображения индентированных по Виккерсу керамик и металлов. Тезисы конференции "Лазеры, измерения, информация".- С.-Петербург, 2006, с.89-90.

313. А94. KL.Muratikov, A.L.Glazov. Photoacoustic detection and imaging near surface residual stresses in modern materials. Abstracts of 24th European Conference on Surface Science. -Paris, France, 2006, p.275.

314. A95. Muratikov K.L., Glazov A.L. Laser photoacoustic microscopy of mechanical stresses in modern ceramics and metals // Mat. Sci. Forum. 2006. - Vols. 524-525. - pp 471-476.

315. A96. Muratikov K.L., Glazov A.L. Influence of external and technological stresses on photoacoustic images of Vickers indented ceramics and metals // Proc. SPIE. 2007. -Vol.6594. - p. 65941J. (9 pages)

316. A97. Muratikov K.L., Glazov A.L. Thermoelastic photoacoustic effect in Vickers indented metals under external loading. Proc. of the 17th European Conference on Thermophysical Properties. -Bratislava, Slovakia, 2005, pp.22-1 22-6.

317. A98. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Термоупругий фотоакустический эффект в напряженных материалах и возможности его использования для регистрации внутренних напряжений. Тезисы 14 зимней школы по Механике Сплошных Сред. Пермь, 2005, с.81.

318. А99. Муратиков К.Л., Глазов А.Л., Николаев В.И. Фотоакустический термоупругий эффект вблизи области индентации по Виккерсу в наноникеле // Письма в ЖТФ. 2005. - Т.31.16. -С.19-25.

319. А100. Muratikov K.L., Glazov A.L. Laser photoacoustic microscopy of mechanical stresses in modern materials. Proc. Int. Topical Meeting on Optoinformatics. St.Petersburg, Russia, 2005, pp.25 - 26 (invited).

320. A101. Муратиков K.JI., А.Л.Глазов. Нелинейный термоупругий эффект в деформируемых твердых телах с остатачными напряжениями. Аннотации докладов IX Всероссийского Съезда по Теоретической и Прикладной Механике. Нижний Новгород, 2006, т.З, с. 154.

321. А102. Muratikov K.L., Glazov A.L. Thermoelastic photoacoustic microscopy of Vickers indented nanonickel and nanocopper, Proc. of ICO Topical Meeting on Optoinformatics/Information Photonics. St-Peterburg, Russia, 2006, p.469.

322. A103. Muratikov K.L., Glazov A.L. Laser photoacoustic microscopy of mechanical stresses in modern ceramics and metals. 7th European Conference on Residual Stresses. Berlin, Germany, 2006, pp.471-476.

323. A104. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Лазерная фотоакустическая микроскопия механических напряжений в современных материалах // Оптический журнал. 2006. - Т.73. - №9. -С.92-100.

324. А105. Муратиков К.Л., Глазов А.Л. Сравнение особенностей применения методов фотоакустики и термоупругого анализа для детектирования механических напряжений. Тезисы конференции "Лазеры, измерения, информация",- С.-Петербург, 2007, с. 19.

325. A107. Muratikov K.L., Glazov A.L. Near surface photoacoustic imaging of Vickers indented solids without and under external loading. Abstr. of the 13th Int. Conf. on Surface Science. -Stockholm, Sweden, 2007, p.SSP2-252.