Тепловая нелинейность в низкочастотной фотоакустической спектроскопии

• Автор: Туйчиев, Халимджон Шерматович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Душанбе
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Тепловая нелинейность в фотоакустике

1.1. Тепловая нелинейность в оптоакустическом спектре воды

1.2. Тепловая нелинейность в фототепловых задачах в твёрдых

телах

1.3. Тепловая нелинейность в фотоакустике твёрдых тел

ГЛАВА II. Нелинейный фотоакустический отклик твёрдых тел при

поверхностном поглощения луча

2.1. Математическая модель задачи

2.2. Стационарное температурное поле в фотоакустической камере
2.3. Особенности формирования основной гармоники нелинейного фотоакустического сигнала
2.4. Особенности формирования второй гармоники нелинейного фотоакустического сигнала
ГЛАВА III. Нелинейный фотоакустический отклик при объёмном
поглощении падающего луча
3.1. Влияние геометрического фактора на температурное поле в фотоакустической камере при учёте тепловой нелинейности
3.2. Теория основной гармоники нелинейного фотоакустического отклика твёрдых тел при объёмном поглощении луча
3.2.1. Формулировка проблемы и её решение
3.2.2. Анализ полученных выражений для предельных случаев
3.3. Особенности формирования второй гармоники нелинейного
фотоакустического отклика твёрдых тел при объёмном
поглощении луча
ГЛАВА IV. Нелинейный фотоакустический отклик при объёмном поглощения падающего луча. Вклад температурной зависимости оптических величин
4.1. Математическая модель проблемы
4.2. Влияние тепловой нелинейности поглощательной способности образца на температурное поле в фотоакустической камере
4.3. Нелинейный отклик на основной гармонике ФА - сигнала, обусловленного температурной зависимостью поглощательной способности образца

4.4. Влияние температурной зависимости оптических величин на характеристики второй гармоники нелинейного фотоакустического сигнала твердых тел с объемным поглощением луча
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Явление генерации звука посредством световой волны называется фотоакустическим эффектом (ФА) и был открыт 1880 году Александром Беллом, а потом надолго забыт. Второе открытие этого эффекта связано с именем Венгерова, который в 1936-ом году обнаружил это явление при исследовании ИК - спектров газов. Однако истинное возрождение этого эффекта и ее широкое применение в научных исследованиях и в производстве непосредственно связано с появлением лазеров, 50-летие которого отмечалось в 2010-ом году. В дальнейшем, огромный успех лазерной оптоакустики (ОА) было связано со скачкообразным улучшением электроники, что позволяет детектировать не только весьма слабые ОА - сигналы, но и малые модуляции интенсивности теплового излучения и слабые отклонения зондирующего, луча в ФА экспериментах. Всё это привело к развитию таких направлении, как тепловая линза, фотодефлекционная спектроскопия, ИК - радиометрия, газомикрофонная ФА спектроскопия, широкополосная ОА спектроскопия,
и.т.д. Линейная теория генерации ФА - сигнала при микрофонном методе регистрации сигнала показал, что амплитуда и фаза этого сигнала простым образом зависят как от теплофизических параметров газового слоя, образца и подложки, так и от оптических свойств образца, а также характеристики падающего луча. Было показано, что в зависимости от теплофизических и оптических характеристик среды, а также частоты модуляции, эти зависимости существенно упрощаются. Экспериментальная реализация этих случаев позволяют определять такие величины как коэффициент теплопроводности, температуропроводности и тепловую активность образца или подложки и это возможность многократно было реализовано. Немаловажным преимуществом метода ФА спектроскопия является ее сверхчувствительность к оптическому спектру системы, что позволила измерять коэффициент поглощения слабых полос поглощения со значением ß ~ 10'7сдГ‘, а также оптического спектра таких «неудобных» систем как

В [64] экспериментально исследовалось влияние ТН на амплитуду основной гармоники ФА - сигнала, где в качестве образца использовался эбонит, являющийся сильнопоглощающим в оптическом диапазоне и с низким коэффициентом теплопроводности (*- = 0.130 Вт/м-К). В качестве источника оптического излучения использовалась излучения аргонового лазера с длиной волны Я = 515 нм. На рисунке 1.3.1 представлена полученная экспериментальная зависимость нормированного значения амплитуды ФА-сигнала К = А/ А0 от интенсивности оптического излучения 10 (кривая 2).

Рис. 1.3.1. Зависимость нормированного значения амплитуды ФА - сигнала А/А0 на частоте 173 Гц от интенсивности излучения /0: светлые кружки — результаты измерений для эбонита, 1 - результаты измерений для стали, 2 -найденная эмпирическая зависимость для эбонита, 3 - линейная
аппроксимация зависимости для эбонита [64].
Авторам удалось найти апрокисмационное выражение К = 1 + К0(-е~ь'°), где К0 = 2.6 и Ь = 3.131 см2/Вт. Видно, что эта зависимость состоит из двух областей: 0 < 10 < 1 (Вт/см2) и 1 < /0 <5 (Вт/см2). Для значений 1о,
соответствующих первой области, измеренные значения К при увеличении и при уменьшении 10 совпали друг с другом. Это означает, что в данном случае отсутствует необратимая термическая деструкция образцов. Во второй области результаты измерения значения К при увеличении 1о и последующем плавном ее уменьшении друг от друга отличаются.