Параметрическая генерация и нелинейное распространение фазосопряженных ультразвуковых пучков

• Автор: Брысев, Андрей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 283 с. : ил.

Оглавление

Введение. Обращение волнового фронта (ОВФ) в акустике (обзор)

§1. Актуальность темы работы, новизна, защищаемые положения, практическая ценность, апробация результатов

§2. Основные принципы формирования ультразвуковых волн с обращенным фронтом

§3. Параметрический механизм ОВФ ультразвука, основанный на пространственно-однородной модуляции скорости звука в среде взаимодействия §3.1. Допороговый режим параметрического обращающего фазу усилителя звука

§3.2. Запороговый режим параметрического обращающего фазу усилителя звука

§3.3. Искажения гауссовского пучка при параметрическом ОВФ ультразвука

Цели диссертационной работы

Глава I. Параметрический обращающий фазу усилитель ультразвука с активным элементом на основе поликристаллического никель-кобальтового феррита

Вводные замечания

§1.1. Основные особенности динамики ОВФ ультразвука при запороговом параметрическом магнитоупругом взаимодействии в никель-кобальтовых ферритах
§1.2. Система параметрической накачки твердотельных ОВФ - усилителей ультразвука
§1.3. Акустическое согласование твердотельного ОВФ-элемента с жидкой средой распространения ультразвуковых пучков
§1.4. Адаптация твердотельных систем ОВФ, нагруженных на жидкость, для работы с ультразвуковыми пучками с широким пространственным спектром 109 Заключительные замечания
Глава II. Визуализация акустических полей и волновых фронтов при запороговом параметрическом ОВФ ультразвуковых пучков
Вводные замечания
§2.1. Визуализация полей прямых и обращенных ультразвуковых пучков при их распространении в плавленом кварце
§2.2. Визуализация волновых фронтов прямого и обращенного ультразвуковых пучков при их распространении в жидкости
Заключительные замечания
Глава III. Особенности распространения ультразвуковых пучков конечной амплитуды с параметрически обращенным волновым фронтом в однородной среде
Вводные замечания
§3.1. Структура поля квазиплоского ультразвукового пучка конечной амплитуды с обращенным фронтом в однородной среде
§3.2. Структура поля сфокусированного ультразвукового пучка конечной амплитуды с обращенным фронтом в однородной среде
§3.3. Численное моделирование распространения обращенных ультразвуковых пучков конечной амплитуды в однородной среде
Заключительные замечания
Глава IV. Параметрическое ОВФ гармоник ультразвуковых пучков конечной амплитуды и ретрофокусировка обращенных пучков в среде с фазовыми неоднородностями
Вводные замечания
§4.1. Ретрофокусировка ультразвукового пучка конечной амплитуды с параметрически обращенным волновым фронтом в среде с фазово-неоднородным слоем
§4.2. Запороговое параметрическое ОВФ второй гармоники сфокусированного ультразвукового пучка конечной амплитуды
§4.3. Ретрофокусировка через фазово-неоднородный слой при ОВФ второй гармоники ультразвукового пучка конечной амплитуды
§4.4. Параметрическое обращение нелинейной ультразвуковой волны
Заключительные замечания
Глава V. Экспериментальная демонстрация возможностей практического использования ультразвуковых пучков с параметрически обращенным волновым фронтом
Вводные замечания
§5.1. Самонаведение ультразвуковых пучков с обращенным фронтом на рассеивающие объекты в жидкости
§5.2. Прототип акустоскопа с использованием эффекта параметрического ОВФ ультразвука. Линейный режим распространения ультразвуковых волн
§5.3. Умножение частоты в акусгоскопии с использованием запорогового параметрического ОВФ ультразвука
§5.4. Использование запорогового параметрического ОВФ ультразвука в неразрушающем контроле качества стальных труб
Заключительные замечания
Заключение и основные результаты
Послесловие
Список литературы

возбуждать различные моды ПОФУЗа-волновода. Возникает вопрос: в каком диапазоне углов прихода на ПОФУЗ внешней звуковой волны он не теряет своих свойств, т. е. излучает усиленную волну точно в направлении ее прихода с коэффициентом усиления, не зависящим от угла прихода излучения?
Чтобы ответить на этот вопрос, примем для определенности, что камера ПОФУЗа представляет собой волновод с абсолютно жесткими квадратного сечения стенками размером сі, плавно (в масштабе длины волны) переходящий в антенну-рупор (также квадратного сечения) с максимальным размером Г). Предполагается, что внутренняя область этого рупора заполнена той же средой, что и сама активная камера, по модуляция звука в этой области отсутствует. Предполагается также, что рупор акустически согласован с внешней средой.
Звуковое поле внутри активной камеры в общем случае может быть представлено в виде (ср. с выражением (3))

где —(1Х7ТIкй)2 — {12кIкй-У ; /; и 12 — целые положительные
числа, включая нуль. Подставляя (24) в (2) и полагая 4,/2 (*»0 = 4,12 (х)ехр(гО/) и ВЧг (х,0 = В}А (я)ехр(-ЮО, для амплитуд
2 ("О и ^1^ О) получаем те же «укороченные уравнения» (5) с заменой К на . Эти уравнения следует решать, считая Я/ / (0) заданными, а
(Ь) = 0, При этом легко показать, что для всех распространяющихся мод (%1}12 - вещественны), для которых параметр — 43 / (Л < 1, может
происходить усиление амплитуд / (х) по мере роста х и генерация обратных волн с амплитудами ^1Х
(х) , сопряженными по фазе с амплитудами ^!112 (%) ,
т.с. В 1^2 0О-^/,/2 . Усиление амплитуд ^/1/2 отдельных мод падающей волны и
соответственно амплитуд обращенной волны, вообще говоря, происходит
неравномерно по индексам 7/ и Ь, что обусловлено зависимостью фазовой