Тепловая нелинейность при газомикрофонной регистрации фотоакустического сигнала в сильнопоглощающих средах

• Автор: Шарифов, Джумахон Мухторович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Душанбе
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор

1.1.Краткий обзор методов фотоакустической спектроскопии

конденсированных сред

1.2.Теоретические основы фотоаукстической спектроскопии

конденсированных сред при газомикрофонной регистрации

1.3 .Тепловая нелинейность в фотоакустической спектроскопии и

микроскопии конденсированных сред

Выводы первой главы

Глава 2. Экспериментальные исследования тепловой нелинейности в

силыюпоглощающих средах

2.1 .Экспериментальная установка для фотоакустического исследования

тепловой нелинейности
2.2.0собенности провление тепловой нелинейности фотоакустичес- кого сигнала в эбоните
2.3.Измерения теплоёмкости эбонита в зависимости от температуры
2.4. Определение энергии активации деструкции эбонитов
Заключение к второй главе
Глава 3. Температурное поле в фотоакустической камере
3.1. Нестационарное температурное поле в фотоакустической камере. Линейная модель
3.2.Влияние тепловой нелинейности на стационарное температурное поле в фотоакустической камере. Нелинейнаяъ модель
3.3.Нестационарное температурное поле. Нелинейная модель
3.4. Результаты численного расчёта
Заключения к третей главе

Глава 4. Нелинейные ФА отклик сильнопоглощающий конденсированных сред. Влияние температурной зависимости теплофизических величин
4.1. Математическая модель тепловой нелинейности в фотоакустике сильнопоглошающих сред
4.2.Теоретическое описание нелинейного ФА отклика в сильнопоглощающих твёрдых телах
4.3. Возбуждение второй гармоники
Заключения к четвертой главе
Глава 5. Влияние тепловой нелинейности, обусловленной температурной зависимостью оптических величин на параметры фотоакустического сигнала в газомикрофонной ячейке
5.1 Обобщение математической модели с учетом температурной зависимости оптических параметров среды
5.2 Решения для стационарной и осцилляционной частей возмущения температуры
5.3 Влияние температурной зависимости оптических величин на параметры
фотоакустического сигнала
Заключение к пятой главе
Заключения
Список литературы

Актуальность проблемы. Человечество перешагнуло порог нового тысячелетия, а вторая половина двадцатого столетия, безусловно, считалась эпохой триумфа лазерной физики. Существуют глубокое убеждение, что по крайней мере первая половина нынешнего столетия превратится в эпоху лазерной нанотехнологии, прежде всего, в связи с ее широким применением в медицине. Оптоакустика, открытая в начале восьмидесятых годов девятнадцатого столетия [1-3], получила поистине свое возрождение с появлением когерентных источников излучения и является одной из молодых и быстроразвивающихся областей лазерной спектроскопии [4-7]. За более 40 лет существования были выявлены основные механизмы генерации ОА сигнала в конденсированных средах и создан целый ряд экспериментальных способов регистрации и измерения параметров этого сигнала. Метод газомикрофонной регистрации фотоакустического (ФА) сигнала является одним из них [8-15]. Оказалось, что вдали от точек фазовых переходов основным механизмом возбуждения ОА сигнала является тепловой механизм генерации. Построена теория [5-6], описывающая особенности ОА сигнала в жидкостях и твёрдых телах, которая получила полное экспериментальное подтверждение. Однако, при трансформации большого количества световой энергии в тепловую происходит существенное повышение температуры освещаемой области среды. Из-за гауссовой формы пространственного распределения луча имеет место новое неоднородное термодинамическое состояние среды.. В результате теплофизические и оптические параметры среды становятся зависящими от температуры, т.е. возникает своеобразная «тепловая нелинейность» [5]. Очевидно, что возникшая тепловая нелинейность будет влиять на процесс формирования ОА сигнала. Это влияние, по-видимому, может проявляться двояким образом. Во-первых, оно может быть искажающим фактором, тогда обработка результатов экспериментов, основанная на существующем линейном представлении, становится проблематичной. Во-вторых, из-за этой нелинейности может
2. Дальнейший ход развитии эффекта связан с изменением теплофизических параметров с ростом температуры на поверхности исследуемого образца, а именно с изменением коэффициентов теплопроводности, теплоёмкости, температуропроводности, а также коэффициента объемного теплового расширения.
2.3. Измерения теплоёмкости эбонита в зависимости от температуры.
Измерение изобарной теплоемкости эбонита СР проводилось на серийном динамическом калориметре ИТ-С-400, позволяющим проводить измерение этой величины в области температур от -100°С до +400°С. В основу работы измерителя положен метод динамического С - калориметра с адиабатической оболочкой [92]. Образцы эбонита черного и коричневого цвета имели цилиндрическую форму диаметром 15мм ± 0,1мм и высотой 10 ± 0,5мм . и были тщательно отшлифованы. Это позволило максимально улучшить тепловой контакт образца с измерительной ячейкой, которая представляла собой камеру цилиндрической формы, закрывающуюся плотно подогнанным колпачком. Скорость нагрева 0,1 К/с. Точность измерения составляет ±10%.
Установка позволяет проводить измерения Ср с температурным
интервалом А/= 25 °С. Измерения проводились в диапазоне от 25 °С до
175 °С. Результаты измерения показаны на рисунке 2.3. Отметим хорошее совпадение результатов нашего измерения с известным значением при t = 20°C, приведенным в [91]. Условно температурную зависимость теплоемкости измеренного нами эбонита можно разделить на три части: I) область температур от 25°С до 75°С, где наблюдается линейная зависимость СР от / и соответствует характерной зависимости для полимеров в твердом состоянии [89-90];