|
|
|
Акустические волны невидимы. Волны ультразвукового диапазона еще и неслышимы. Поэтому исследователям приходится использовать специальные датчики (микрофоны, гидрофоны) и судить о структуре и свойствах акустических полей на основе сигналов этих датчиков. На обмер акустического поля уходит при этом много времени и поэтому, как правило, измерения проводятся лишь в нескольких точках пространства. Однако часто хочется увидеть все поле сразу, чтобы понять, куда распространяется волна, где она фокусируется, как она отражается и т.д. Если среда оптически прозрачна, то увидеть звук на самом деле можно. Один из простых способов, который сразу приходит в голову, это добавление в среду маленьких светорассеивающих частиц, которые с приходом акустической волны начинают двигаться. Однако такой способ не всегда “работает”, т.к. смещение частиц в волне очень малы. Другой способ основан на том обстоятельстве, что при сжатии вещества увеличивается показатель преломления света, т.е. под действием звуковой волны среда становится оптически неоднородной. Если направить в озвученную область луч света, то он будет отклоняться. Если осветить среду широким пучком света и поместить за средой экран, то на нем появится теневая картинка, являющаяся своеобразной проекцией акустического поля. На этом основан способ визуализации, который называется теневым методом. Идея простая, но практическая реализация требует аккуратности и умения работать как со светом, так и с ультразвуком. Год назад в нашей лаборатории была создана установка для оптической визуализации ультразвука и получены первые картинки. Одна из них показана на рис.1. Это изображение фокусированного ультразвукового пучка, распространяющегося снизу вверх. Видно, что ультразвук, подобно прошедшему через линзу свету, фокусируется в определенной области. Четко наблюдается полосатая структура акустического поля, что было неочевидно заранее. На рис.2 показано то, что предсказывает теория (расчет и измерения проводил студент 6 курса Толя Пономарев). Такие фокусированные ультразвуковые пучки используются в медицинской диагностике и терапии.
В этом году мы хотим создать новую установку, которая нам позволит увидеть не только картину средней интенсивности волны, но и отдельные пространственные периоды акустической волны. Студенты, которые примут участие в этой задаче, должны будут разобраться с теорией акустооптического взаимодействия, научиться работать с системами регистрации (цифровая камера, осциллограф), проводить настройку оптической схемы, разобраться с тем, как управлять полупроводниковым лазером. Начальной задачей будет получение изображений, демонстрирующих основные эффекты, свойственные волнам: их отражение от препятствий, фокусировку, преломление.
©2003 Кафедра акустики