壓電式光聲顯微鏡技術(shù)

  到目前為止已做了高頻超聲系統(tǒng)或低頻氣體一傳聲器系
統(tǒng)的光聲顯微鏡實(shí)驗(yàn)。超聲系統(tǒng)趨子復(fù)雜，要求激光器產(chǎn)生
間隔非常短的強(qiáng)脈沖，而只記錄聲學(xué)象。氣體一傳聲器系統(tǒng)受
頻率限制，而且不易用于大的樣品，并只能得到由光學(xué)性質(zhì)所
決定的象。

  到目前為止，光聲顯微鏡已用于記錄光學(xué)象或聲學(xué)象。然
而，工作在50kHz--20MHz范圍的光聲顯微鏡能用來(lái)得到
熱波象。熱波象是光聲效應(yīng)產(chǎn)生的熱波與樣品中具
有不同熱學(xué)性質(zhì)的那些結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果。因而表面和亞
表面的結(jié)構(gòu)將由這些熱波成象。熱波成象的最高分辨率將由
熱波的“波長(zhǎng)”即它們的熱擴(kuò)散長(zhǎng)度來(lái)決定。例如，在1MHz
時(shí)，許多材料的熱擴(kuò)散長(zhǎng)度約為1μm的數(shù)量級(jí)，因而在中等
工作頻率時(shí)它決定了顯微鏡的分辨率。

光聲效應(yīng)依賴于樣品的光學(xué)性質(zhì)，熱學(xué)性質(zhì)，幾何形狀，有時(shí)
還依賴于其彈性的性質(zhì)。

光聲技術(shù)可用于研究同一物質(zhì)的幾種不同特性。所以一些研究工
作者已經(jīng)設(shè)想在顯微鏡所觀察的尺度內(nèi)，利用光聲技術(shù)有可
能得到樣晶的光學(xué)的、熱學(xué)的、幾何的和彈性的象，這是可以
理解的。這方面的工作剛剛開始，但結(jié)果是很有希望的。
將透明的電介質(zhì)粘合于金屬表面很容易實(shí)現(xiàn)約束邊界。另一
種方法是，將透明基片上的金屬薄膜用粘性流體聲耦合到金
屬樣品。在20MHz的壓電檢測(cè)器內(nèi)，幾個(gè)微焦耳的脈沖能
量足以產(chǎn)生顯著的信號(hào)。

  試圖檢測(cè)損傷陶瓷材料的表面裂紋。所用的激光束
的最小焦點(diǎn)只有30μm左右已能檢測(cè)到表面裂紋的存在。
盡管他們的實(shí)驗(yàn)是有關(guān)光聲顯微鏡潛力的初
步試驗(yàn)，Wong等清楚地證明了這種新技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行非破
壞性測(cè)試的美好前景。在這實(shí)驗(yàn)中，光聲象是樣品表面光學(xué)
性質(zhì)隨空間變化的結(jié)果，即基本上是光學(xué)象。

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