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激光超声技术及其在高压声速测量中的应用

马云  
【摘要】: 激光超声技术尤其是高频激光超声技术是目前无损检测技术中的研究热点,其在高压物理研究中的应用也正方兴未艾。本文简述了激光超声产生的物理机制、激光超声的特点以及激光超声技术在高压物理研究中的应用现状。 本文在系统讨论位移干涉仪和速度干涉仪探测超声信号的理论基础上,发展了一种全光纤位移/速度混合干涉仪。该干涉仪具有高带宽、高信号分辨力的特点,可以满足GHz高频激光超声信号探测的需要。在干涉仪探头设计中,采用“猫眼”系统和大数值孔径显微物镜并结合单模光纤的空间滤波作用,使得干涉仪信号光强的收集能力大为提高,同时样品表面的散斑效应也得到有效抑制,从而大大提高了干涉仪的信噪比,为激光超声用于DAC加载下样品的声速测量提供了基础条件。 本文提出了一种可测量DAC加载下样品原位厚度的光学方法。该方法利用单色激光的聚焦光斑为指针,结合电动位移平台的精密测距功能,可以实现7μm的样品厚度测量精度。在此基础上,本文提出并实现了适于DAC加载下各向异性材料声速测量的激光超声方法。 本文提出了激光超声激发点和探测点处在样品异侧,可同时进行DAC加载下材料高压声速和原位厚度测量的方法。这种方法具有波系简单、超声信号强,易于探测和分析的优点。 本文自行研制了一套适于DAC加载下样品高压声速测量的激光超声检测系统,对不同厚度的铜箔常压纵波声速进行了测量,结果表明该系统可用于薄至20μm左右样品纵波声速的测量,且具有一定的精度。同时,采用上述两种方法分别对1.5GPa和2.6GPa压力下的铜样品纵波声速和原位厚度进行了测量,结果显示,本文建立的激光超声检测系统以及两种高压声速测量方法,可以用于DAC加载下材料的高压声速测量。


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