Журнал электротехники и электронных технологий

Лазерное возбуждение ультразвука в светопоглощающих жидкостях путем подачи лазерного излучения через оптическое волокно с коллоидным покрытием дистального конца одним слоем прозрачных сфер

Бредихин Владимир

Эффективные преобразователи оптического лазерного излучения в высокочастотное акустическое для медицины и технологий являются важной прикладной задачей. Возможным решением является инжекция излучения в жидкость через волокно, дистальный конец которого покрыт слоем прозрачных микросфер. Микросферы здесь выполняют роль линзы, создавая в жидкости высококонцентрированные области светового излучения. При наличии поглощения света в жидкости возникает система локальных нагретых объемов, что приводит к оптоакустическому (ОА) отклику за счет термоупругого эффекта. С этой точки зрения слой прозрачных микросфер на дистальном конце волокна в светопоглощающей среде можно рассматривать как волоконный лазерно-акустический преобразователь (ЛАП). В докладе экспериментально исследуются две противоположные схемы ЛАП.

Сначала (а) исследуется ультразвук [1], возбуждаемый лазерным излучением через кварцевое оптическое волокно Ø 1 мм с ЛАК — покрытием на дистальном конце волокна сферами полистирола (ПС) Ø 0,96 мкм. Лазер — YAG:Nd-лазер с λ = 1,064 мкм, в качестве среды используется дистиллированная вода (коэффициент поглощения света α ≈ 0,1 см ^-1 ). Лазер в режиме нулевой поперечной моды (диаметр пучка ≈ 2 мм) генерирует последовательность импульсов общей длительностью ≈ 300 нс с частотой следования импульсов ≈ 2 × 105 ^Гц с помощью оптического пассивного модулятора. Такая конфигурация эксперимента позволяет изучать основные параметры системы в «первозданном» виде, избегая влияния более сложных эффектов, таких как тепловая самодефокусировка и перегретые жидкие состояния.

Второй (б), противоположный случай - это использование покрытия из стеклянных сфер Ø 200 мкм на стеклянной подложке в качестве ЛАК в лазерном луче (приблизительно Ø 1 мм) второй гармоники (λ = 0,532 мкм) с длительностью импульса 15 нс. Средой в этом случае является водно-чернильный раствор (α ≈ 100 см ^-1 ) [2].

Покрытия, состоящие из сфер диаметром 1 и 200 мкм (см. рис.), наносятся на торцевую поверхность волокна по двухэтапной технологии. Сначала на плоской стеклянной пластине формируется один слой сфер. Затем полученный один слой наклеивается на торец волокна с помощью предварительно нанесенного тонкого слоя цианоакрилатного оптического клея. На пластину из коллоидного раствора наносится один слой сфер малого размера (до 10 мкм). Сферы большого размера распределяются в один слой на плоской пластине (в пределах ограниченной области заполнения). Микрофотографии сфер на торце волокна диаметром 1 мм на клее приведены ниже.