This paper considers the investigation of photoacoustic transformation in naturally-gyrotropic and magnetoactive crystals, with internal stress under sound excitation in different modes by Bessel light beams (BLB). In the range of high modulation frequencies (Ω > 1 MHz), the dependence of the photoacoustic response amplitude on the radial coordinate ρ exhibits resonant phenomenon, which can be used to increase the resolution of photoacoustic spectroscopy for media with internal stresses.The expressions for amplitudes of photoacoustic signals in strained crystalline samples were obtained under different boundary conditions, taking into account the dependence of the thermoelastic coupling coefficient on the initial strain in the sample. It was showed that a resonant increase in the amplitude signal is related to the dependence on the geometric parameters of the sample-piezoelectric transducer system, the values of Murnagan constants, the mode composition of the Bessel light beam, and its amplitude modulation frequency.Keywords: photoacoustic spectroscopy, Bessel light beams, magnetoactive gyrotropic materials W pracy przedstawiono wyniki badań transformacji fotoakustycznej poprzez dźwięk generowany laserowymi wiązka-mi Bessela o różnych modach w kryształach naturalnie żyrotropowych i magnetoaktywnych, z wewnętrznymi naprężeniami. Stwierdzono, że w zakresie modulacji o wysokiej częstotliwości (Ω > 1 MHz), zależność amplitudy odpowiedzi fotoakustycznej od radialnej współrzędnej wykazuje efekt rezonansowy. Efekt ten może być wykorzystany do podwyższenia rozdzielczości spektroskopii fotoakustycznej w ośrodkach z wewnętrznymi naprężeniami.Otrzymano wyrażenia na amplitudy sygnałów fotoakustycznych w próbkach krystalicznych z wewnętrznymi naprężeniami, przy różnych warunkach brzegowych. Brano przy tym pod uwagę zależność współczynnika sprzężenia termoplastycznego od wewnętrznych naprężeń w próbce. Wykazano, że rezonansowy wzrost amplitudy sygnału jest zależny od geometrycznych parametrów układu próbka -przetwornik piezoelektryczny, wartości stałych Murnagana, modów wiązki Bessela i częstotliwości modulacji.
In this paper the numerical modeling of allocation of thermoelastic fields which are formed during controllable laser thermosplitting in fragile nonmetallic materials is executed within the limits of theory of elasticity. Modeling is executed for laser beams with a cross-section in the form of an ellipse, a circle, and the semi-ring and theirs combination. The classical circuit of realization of the given method consists of the superficial heating of a material by a laser beam and the aftercooling of this zone by means of a refrigerating medium. Thus the crack which is organized in the zone of refrigerating medium supply follows a laser beam along a treatment line. On the basis of thermoelastic fields allocation shown, that application of the classical circuit of the given method realization with the use of elliptic beams possesses a number of the disadvantages, one of which is the quick deflection of a crack from a line of influence of a laser beam and refrigerating fluid at treatment close to collateral border of the sample. Thus the crack is progressed in a direction to collateral border of the sample. It is displayed, that application of special geometry beams allows to diminish degree of effects of a treatment line closeness to boundary line of the sample on crack development. The positive effect is attained by forming a compression stress zone not only ahead and under field of a refrigerating medium effects where the crack is initialized and explicated, but also on each side of zone of a refrigerating medium effects, that in one's turn does not allow a crack to be deflected aside.Keywords: laser cutting, thermoelastic stresses, crescent beam, crack W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych rozkładu pól termosprężystych, powstających w procesie kontrolowanego laserowego termicznego rozszczepienia kruchych materiałów niemetalicznych. Obliczenia, zgodnie z teorią sprężystości, wykonano dla wiązek laserowych o przekroju eliptycznym, pierścieniowym, pół-pierścieniowym oraz ich kombinacji. Klasyczna metoda praktycznej realizacji eksperymentu polega na powierzchniowym rozgrzaniu materiału wiązką laserową i następnie schłodzeniu rozgrzanego obszaru chłodziwem. Przy takim postępowaniu, w obszarze schładzanym powstaje mikropęknięcie. Wzrasta ono za wiązką laserową, wzdłuż linii obróbki materiału. Na podstawie analizy rozkładu pól termosprężystych wykazano, że klasyczny schemat realizacji eksperymentu, z wiązką o przekroju elipsy, cechuje wiele niedoskonałości. Jedną z nich jest duże odchylenie od linii oddziaływania wiązki laserowej, przy obróbce materiału w pobliżu krawędzi próbek. Dowiedziono, że zastosowanie wiązek laserowych o specjalnej geometrii, zmniejsza wpływ powierzchni granicznej próbki na generację mikropęknięcia. Poprawę jakości obróbki materiału uzyskać można w wyniku powstania naprężeń ściskających nie tylko w obszarze schładzanym, gdzie powstaje i rozwija się mikropęknięcie, ale także z obu bocznych stron wiązki laserowej. Wówczas nie jest możliwa propagacja mikropęknięcia w kierunku bocznym.
The peculiarities of thermooptical excitation of elastic waves in nonlinear crystals, which appear due to modulated absorption of the energy from a Bessel light beam at the second harmonic, were theoretically examined. The amplitude-phase characteristics of the photoacoustic signal were found, and the conditions of the most effective thermooptical excitation of the sound were determined. The received results can be used in the design of new optoacoustic scanners for diagnostics of subsurface structures and new quantum electronics and integrated optics devices.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.