Фотоакустические явления. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Фотоакустические явления

Фотоакустические явления - возникновение звуковых волн в среде под действием оптич. излучения. Осн. механизмы Ф.я. связаны с фототермич. эффектом, электронно-деформац. эффектом, обратным пьезоэффек-том, электрострикцией и др.

Под фототермическим эффектом понимается нагревание вещества поглощаемым светом или вообще эл--магн. излучением любой частоты. Если интенсивность излучения модулирована, то в среде возникают температурные волны ,распространяющиеся от места выделения теплоты. Нестационарное нагревание вызывает изменение плотности вещества, или термоупругие напряжения, что обусловливает возбуждение акустич. волн в среде, окружающей область поглощения света. Исторически именно такой вариант возбуждения звука при поглощении света в замкнутом объёме газа был открыт А. Беллом (A. Bell) в 1880 и назван фотоакустич. эффектом. Фотоакустич. эффект нашёл широкое применение в фотоакустической спектроскопии самых разнообразных веществ, в оптико-акустич. фотоприёмниках, основанных на использовании селективного поглощения излучения в газовой ячейке; он лежит в основе высокочувствит. методов газового анализа. Фототермич. эффект является универсальным способом бесконтактного возбуждения звука в любых средах, в т. ч. и удалённых от источника света.

Регистрация звуковых волн и фототермич. деформации образцов позволяет бесконтактным образом получать информацию о процессах превращения энергии света в тепло и о наличии неоднородностей в объёме непрозрачных объектов. Такая возможность связана с тем, что выделение теплоты происходит не непосредственно при поглощении света, а в результате релаксации вызванных светом возбуждений электронной подсистемы. Так, в полупроводниках при межзонном поглощении света возникают неравновесные электроны и дырки, а теплота выделяется с задержкой во времени в процессе их термализации и рекомбинации, к-рый сопровождается переносом носителей заряда в пространстве. Возникающая частотная и пространственная дисперсия тепловых источников передаётся посредством температурных волн звуковым волнам и может быть восстановлена путём анализа частотных зависимостей их амплитуды и фазы. Т. о. могут быть определены характеристики процессов рекомбинации и переноса носителей заряда.

При действии мощного лазерного излучения на вещество появляются дополнит. механизмы оптич. генерации звука. Они связаны с возможными фазовыми переходами, и в частности с изменением агрегатного состояния вещества. Так, при облучении поверхности конденсированной среды может развиться интенсивное испарение, к-рое вследствие реактивной отдачи приводит к образованию ударной волны, переходящей по мере её распространения в акустическую. Аналогичное явление возникает и при оптич. пробое в газах (см. Оптические разряды): под действием света возникает сильно поглощающая свет плазма, к-рая быстро разогревается до высоких температур, вследствие чего в окружающей среде возникает ударная волна, а затем и акустическая.

Э л е к т р о н н о-д е ф о р м а ц и о н н ы й э ф ф е к т обусловлен тем, что в твёрдых телах электроны (как валентные, так и свободные) в значит. мере определяют силы взаимодействия между атомами. Если под действием света происходит разрыв ковалентных связей (валентный электрон переходит в свободное состояние), то изменяются силы связи между атомами и возникают механич. напряжения нетепловой природы. При нестационарном освещении эти напряжения и создают звуковые волны. Тензор напряжений s_ik пропорционален концентрации созданных светом неравновесных носителей заряда, поэтому электронно-деформац. механизм Ф. я. оказывается существенным в полупроводниках с достаточно большим временем жизни носителей заряда. При межзонном поглощении света

где D^c_ik и D^u_ik-константы деформационного потенциала для дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, Dn и Dp-концентрации неравновесных электронов и дырок. В полупроводниках электронно-деформац. механизм Ф.я. становится преобладающим при высоких частотах модуляции света.

Механизм о б р а т н о г о п ь е з о э ф ф е к т а существен в высокоомных пьезополупроводниках при межзонном поглощении модулированного света, когда нестационарные электрич. поля возникают вследствие пространственного разделения неравновесных электронов и дырок, напр. за счёт Дембера эффекта или встроенных полей р - п-перехо-дов или гетеропереходов.

Электрострикция является преобладающим механизмом Ф. я. в прозрачных диэлектриках при достаточно высоких частотах. С электрострикционными Ф. я. связан такой важный для нелинейной оптики эффект, как вынужденное Мандельштама-Бриллюэна рассеяние, к-рое возникает при достаточно высокой интенсивности света и сопровождается генерацией интенсивной гиперзвуковой волны.

Возбуждение звука возможно также за счёт перемещения светового пучка без модуляции его интенсивности. В неоднородной среде акустич. волны образуются при любой скорости перемещения света. Если среда однородна, то звук излучается при перемещении светового пучка со сверхзвуковой скоростью (аналогично Черенкова- Вавилова излучению).

Ф.я. играют важную роль в механизмах воздействия мощного лазерного излучения на твёрдые тела (см. Лазерная технология).

Литература по

Ахманов С. А. [и др.], Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность полупроводников и металлов: нелинейно-оптические эффекты и нелинейно-оптическая диагностика, "УФН", 1985, т. 147, в. 4, с. 675; Васильев А. Н., Сабли-ков В. А., Сандомирский В. Б., Фототермические и фотоакустические эффекты в полупроводниках и полупроводниковых структурах, "Изв. вузов. Физика", 1987, т. 30, № 6, с. 119; Photoacoustic and thermal wave phenomena in semiconductors, ed. A. Mandelis, N. Y.- [a. o.], 1987; Гусев В. Э., Карабутов А. А., Лазерная оптоакустика, М, 1991. В. А. Сабликов,

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира