Pikosekundová akustická technika

Pikosekundové akustický technika umožňuje generování a detekci vysokofrekvenčních zvukových vln od ultrakrátkých světelných pulzů. Jedná se o nedestruktivní a bezkontaktní metodu, při které pikosekundový akustický puls proniká tenkými vrstvami nebo nanostrukturami. Tato technika se někdy označuje jako pikosekundová optická technika .

Obecný pohled

Tuto techniku vynalezl H. Maris a jeho tým na Brown University . Pozorovali vibrace filmu Ace 2 Te 3 vystaven krátkému světelnému pulzu.

Obecný princip je následující (viz obrázek naproti): laserový pulz pumpy generuje balíček akustických vln, které se budou šířit ve vzorku. Paprsek sondy, posunutý v čase díky zpožďovací linii, umožňuje měřit odchylky v odrazivosti jako funkci času. K detekci slabých signálů se používá akustooptický modulátor (MAO) spojený se synchronní detekcí .

Generování a detekce

Generace : náhlý ohřev povrchu způsobí roztažení materiálu a vyslání sledu pružných vln. V případě transparentního neabsorpčního materiálu je pokryt tenkou absorpční fólií, která se také nazývá transduktor (analogicky s technikami generování ultrazvuku).

Detekce : zpožďovací čára umožňuje zpozdit paprsek sondy, a proto měřit celkovou odrazivost v různých časech. Náhlý nárůst teploty způsobí náhlou změnu odrazivosti, což odpovídá koincidenci pulzů čerpadla a sondy na povrchu vzorku. Vzorek pomalu ochlazuje a dochází k pomalému klesání k průměrné úrovni. Dále lze pozorovat následující jevy:

vibrace filmu tlumiče, který pokrývá průhledné vzorky, ve formě oscilací silně tlumených v odrazivosti;
když puls narazí na rozhraní, část se odráží a vrací se zpět na povrch. Poté dochází ke změně optických vlastností kmene. Zjištěné změny odrazivosti se nazývají „echo“, analogicky s echolokací . Doba zpáteční cesty umožňuje odvodit tloušťku nebo rychlost vlnového sledu;
v případě impulzu generovaného do hloubky má tento monopolární tvar (to znamená čistě kompresivní povahu). Jeho návrat na povrch způsobuje změny v tloušťce vrstvy, a proto skok v odrazivosti v důsledku účinků optické rezonance (průhledné nanometrické vrstvy se chovají jako Fabry-Pérotovy dutiny);
za určitých podmínek jsou pozorovány periodické oscilace. Část paprsku sondy se odráží od řady akustických vln, která se chová jako mobilní rozhraní pohybující se rychlostí . Fázový posun se mezi interferujícími paprsky mění, což způsobuje, že se v odrazivosti objevují oscilace, tzv. Brillouinovy oscilace . Jejich perioda závisí na vlnové délce světelné sondy $v _ {{l}}$ $\ lambda$

T = {\ frac {\ lambda} {2nv _ {{l}} \ cos (\ alpha)}}

kde je optický index, je podélná rychlost a je vnitřní úhel dopadu. Tyto oscilace lze tlumit buď optickou absorpcí, nebo akustickým útlumem.

ne

v _ {{l}}

\ alfa

Výsledky : na jedné straně tato technika umožňuje měřit elastické vlastnosti materiálů v tenkých vrstvách. Na druhou stranu je široce používán v oblasti fyzikální akustiky v malém měřítku (nanostruktury, akustické solitony, akustický útlum).

Poznámky a odkazy

Thomsen a kol. Phys. Rev. Lett. 53 989 (1984)

Podívejte se také