Введение

Исследование физических свойств и внутренней структуры неоднородных конденсированных сред является важным в многочисленных задачах как фундаментального, так и прикладного характера. Среди них можно отметить разработку новых неинвазивных методов диагностики биологических тканей и объектов, неразрушающий контроль конструкционных материалов на различных стадиях изготовления, а также в процессе эксплуатации деталей и изделий.

Для решения таких задач целесообразно использовать оптико-акустический (ОА) эффект - термооптическое возбуждение акустических волн в среде при поглощении в ней модулированного по интенсивности светового (лазерного) излучения [1,3]. Параметры ОА сигналов определяются как характеристиками поглощенного излучения, так и оптическими, теплофизическими и акустическими свойствами поглощающей среды. Это позволяет проводить измерения указанных свойств исследуемой среды по временному профилю давления ОА сигнала. Подбирая соответствующим образом характеристики лазерного излучения и поглощающей среды, можно получить мощные широкополосные ультразвуковые импульсы, применение которых необходимо в задачах акустической спектроскопии и ультразвукового неразрушающего контроля композитных материалов.

Исследование распространения оптического излучения в светорассеивающих средах и, в частности, распределения поглощающих и рассеивающих неоднородностей, является фундаментальной научной проблемой [10]. В последнее время интерес к этой проблеме в значительной мере связан с развитием лазерной диагностики и терапии биологических сред и тканей (см., например, [11]). Измерение оптических характеристик таких сред необходимо как для расчета распределения излучения внутри биологической среды так и для определения его оптимальной дозировки, а также для решения прямой задачи оптической томографии [12-14].

При поглощении в среде лазерного импульса с длительностью, много меньшей времени пробега акустической волны по области тепловыделения, профиль давления оптико-акустического сигнала повторяет пространственное распределение тепловых источников в среде [9]. В случае однородно поглощающей и рассеивающей среды в приближении плоской световой волны это распределение совпадает с пространственным распределением интенсивности света в среде. Таким образом, применение оптико-акустического эффекта в задачах измерения оптических свойств рассеивающих сред представляется весьма перспективным.

С развитием технологии полупроводниковых приборов, в частности интегральных схем, представляющих собой сложную многослойную структуру с использованием полупроводников разного типа проводимости, возрос интерес к изучению свойств периодических структур (ПС). Возможность получения и применения в технологии новых материалов, у которых по аналогии с полупроводниковыми структурами будет периодически меняться некоторая физическая величина, объясняет повышенный интерес к изучению композитов. Интересным эффектом является наличие диапазонов прозрачности и непрозрачности, которые наблюдаются для различных типов излучения в спектре пропускания ПС. В оптике последние используются, например, при изготовлении диэлектрических фильтров и зеркал резонаторов, которые представляют собой чередующиеся слои с различными диэлектрическими постоянными, или для трехмерной оптической записи информации [44]. Слоистые среды, полученные из оптически нелинейных полимерных материалов, находят применение в динамической голографии, зеркалах с обращением волнового фронта, двумерном оптическом воспроизведении [58]. В гидроакустике ПС с различными акустическими импедансами используются в качестве резонансных покрытий микрофонов, отражающих экранов, сонаров и при конструировании систем подводного обнаружения. Возможно применение таких структур в системах высокоточного машиностроения для уменьшения вибрации оборудования в заданном диапазоне частот.

В связи с развитием микроэлектроники в последнее время интенсивно исследуется ситуация, когда один из слоев ПС заменяется материалом со свойствами (показатель преломления, тип проводимости, коэффициент поглощения, плотность и т.д.), нарушающими периодичность. В этом случае в зоне непрозрачности спектра пропускания электромагнитного излучения появляется узкий локальный максимум [58]. Подобная ситуация имеет место, когда в кристаллическую решетку полупроводника внедряют атом примеси, который дает разрешенное энергетическое состояние в запрещенной зоне.

Возможность экспериментального исследования на макро уровне при использовании ультразвуковой техники эффектов, аналогичных тем, которые имеют волновую природу и возникают при электромагнитном взаимодействии, объясняет интерес к изучению ПС в акустике. Кроме того, большинство композитных материалов (сред, представляющих собой соединение двух или нескольких веществ со схожими акустическими импедансами, но с различными жесткостями) имеют периодическую или слоистую структуру. Поэтому исследование акустических свойств таких структур является важным и актуальным. Использование ОА эффекта для возбуждения мощных широкополосных зондирующих ультразвуковых импульсов позволяет проводить спектроскопию указанных сред в широкой полосе частот в реальном масштабе времени [71].

Применение композитных материалов в авиастроении и машиностроении позволяет уменьшить вес конструкций и существенно повысить их прочность. Значительное распространение получили графито-эпоксидные и стеклопластиковые композиты. В связи с этим возникла потребность в разработке неразрушающих методов контроля их прочностных характеристик. Теоретические методы расчета матрицы жесткости композитов из анализа микроструктуры их компонент [120-123] являются очень сложными и громоздкими, и в большинстве случаев не дают информацию о прочности конструкции. Поэтому для описания упругих свойств композитов обычно вводят усредненные макроскопические характеристики - упругие модули.

Дефекты структуры композита, такие как трещины, воздушные раковины, свили, отслоения волокон от матрицы, инородные включения и т.д., появляющиеся как на стадии изготовления, так и в процессе эксплуатации, существенно ослабляют его прочность. Большинство композитных материалов подвержены старению [100], т.е. их упругие свойства меняются под действием динамических и статических нагрузок. Такие процессы приводят к изменению затухания и скорости распространения ультразвуковых волн в композите [76,110,111]. Поэтому одним из наиболее распространенных методов неразрушающего контроля и диагностики композитных материалов является ультразвуковой метод. Он основан на исследовании затухания или скоростей упругих волн при их распространении в композите. По значениям фазовых скоростей акустических волн можно рассчитать упругие модули трансверсально-изотропных и ортотропных композитов [68,80,101,104,117]. Однако вычисление полного набора модулей упругости для композитов с более сложным характером анизотропии внутренней структуры представляет значительные трудности. В этом случае необходим анализ частотных зависимостей коэффициентов пропускания, отражения или затухания ультразвука в композите в широком спектральном диапазоне [109]. Исследование трансформации спектров затухания ультразвука в композитах при усталостных изменениях структуры дает возможность оценить их остаточный ресурс [112]. Однако применение для этой цели традиционных ультразвуковых методов, использующих пьезопреобразователи для генерации акустических импульсов, затруднено прежде всего из-за низкой эффективности возбуждения широкополосных акустических сигналов [108,109,113]. Использование ОА эффекта в оперативных методах неразрушающего контроля и диагностики композитных материалов позволяет устранить данную трудность [69,77,80,112].

Изображение внутренней структуры гетерогенных сред может быть получено методами оптической томографии [12-16], электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Хотя эти методы обеспечивают получение детальной картины особенностей структуры, они не дают возможность напрямую связать эти особенности с физическими свойствами объекта и предсказать динамику изменения структуры материала. Например, для пористого кремния - материала, получаемого путем электрохимического травления в растворах кислот [83,84] и имеющего ряд перспективных применений в оптике и электронике [86-92], важнейшими макроскопическими характеристиками являются его теплопроводность, пористость и толщина вытравленного пористого слоя. Степень пористости образца определяется обычно гравиметрическим методом [94]. Для определения пористости существуют также методы газовой и жидкостной порометрии, рентгеноструктурный метод [95]. Однако эти методы обладают либо невысокой точноcтью, либо имеют разрушающий характер измерений. Пористость материала существенно влияет на его акустические характеристики (скорость и затухание ультразвука). Поэтому для диагностики указанных свойств пористого кремния представляется перспективным применение оптико-акустического эффекта, позволяющего получать короткие и мощные акустические импульсы с известной амплитудой и частотным спектром.

Целью диссертационной работы является: разработка методов лазерной оптико-акустической диагностики оптических, акустических и механических свойств гетерогенных сред.

Задачи исследования:

1. Теоретически и экспериментально исследовать процесс импульсного лазерного возбуждения акустических сигналов в сильнорассеивающих конденсированных средах и разработать метод прямого измерения пространственного распределения интенсивности света в таких средах и их оптических характеристик.
2. Экспериментально исследовать особенности распространения широкополосных акустических импульсов продольных волн в одномерных модельных и реальных периодических структурах.
3. Экспериментально исследовать влияние дефектов в периодической структуре на спектр пропускания ультразвука.
4. Разработать метод неразрушающих измерений пористости и толщины слоя на подложке образцов пористого кремния с использованием лазерных источников широкополосных акустических сигналов.
5. На основе иммерсионной техники с лазерным источником ультразвука исследовать распространение широкополосных акустических импульсов в графито-эпоксидных композитах и разработать метод измерения полного набора их упругих модулей.
6. Разработать метод неразрушающей оптико-акустической дефектоскопии графито-эпоксидных композитов на основе анализа рассеянных назад на неоднородностях структуры широкополосных акустических сигналов.

Научная новизна:

1. Продемонстрирована возможность прямого измерения пространственного распределения интенсивности лазерного излучения в сильно рассеивающих свет конденсированных средах по временному профилю давления оптико-акустического сигнала.
2. Впервые оптико-акустическим методом проведены измерения оптических характеристик сильно рассеивающих сред: коэффициента поглощения и приведенного коэффициента рассеяния света.
3. Методом широкополосной оптико-акустической спектроскопии исследованы особенности зонной структуры спектра пропускания ультразвука одномерными периодическими структурами, состоящими из чередующихся слоев оргстекла и воды, в частотном диапазоне (0.5¸ 10) МГц и изучено влияние дефектов структуры на спектр пропускания ультразвука.
4. С использованием лазерных источников широкополосных ультразвуковых импульсов экспериментально исследовано распространение продольных и сдвиговых акустических волн и построены их волновые поверхности в однонаправленных графито-эпоксидных композитах.
5. Предложен и экспериментально реализован оптико-акустический метод дефектоскопии композитных материалов, основанный на регистрации рассеянных назад ультразвуковых сигналов.

Практическая ценность:

1. Разработана оптико-акустическая методика прямого измерения пространственного распределения интенсивности лазерного излучения в сильно рассеивающих свет конденсированных средах и их оптических характеристик, особенно актуальная в задачах диагностики биологических тканей и объектов.
2. Разработана оптико-акустическая методика измерения акустических и механических характеристик одномерных периодических структур, которая может применяться в неразрушающем контроле композитных материалов; а также в задачах моделирования на макроуровне распространения электромагнитного излучения в фотонных кристаллах.
3. Разработан лазерный оптико-акустический метод неразрушающих измерений пористости и толщины слоя на подложке образцов пористого кремния, что является весьма актуальным ввиду его широкого применения в современной оптике и микроэлектронике.
4. Разработанные методы лазерной оптико-акустической диагностики позволяют проводить измерения полного набора упругих модулей однонаправленных графито-эпоксидных композитов и ультразвуковую дефектоскопию таких материалов при одностороннем доступе к объекту контроля. Применение данных методов необходимо при анализе структуры композитных материалов как на стадии изготовления, так и в процессе эксплуатации изделий, в частности, в авиационной промышленности и машиностроении.

Защищаемые положения:

1. Лазерный оптико-акустический метод позволяет проводить прямые измерения пространственного распределения интенсивности света в сильнорассеивающих конденсированных средах. Коэффициент экстинкции света определяется по экспоненциальной аппроксимации переднего фронта оптико-акустического сигнала.
2. Оптические характеристики сильнорассеиваищих конденсированных сред - коэффициент поглощения и приведенный коэффициент рассеяния света - определяются по временному профилю давления оптико-акустического сигнала при известных теплофизических параметрах среды.
3. Методика широкополосной оптико-акустической спектроскопии с лазерными источниками ультразвука позволяет проводить измерения пропускания акустических волн одномерными периодическими структурами в полосе частот 0.1¸ 100 МГц в реальном масштабе времени. Дефекты в таких структурах приводят к возникновению одного или нескольких локальных максимумов в запрещенной зоне пропускания ультразвука. Амплитуда и положение локального максимума в зоне непрозрачности зависят от расположения дефектного слоя.
4. Иммерсионная методика с лазерным источником ультразвука позволяет проводить неразрушающие измерения пористости и толщины слоя образцов пористого кремния на монокристаллической подложке.
5. Метод широкополосной акустической спектроскопии с лазерными источниками импульсов продольных и сдвиговых ультразвуковых волн позволяет определить полный набор упругих модулей однонаправленных графито-эпоксидных композитов.
6. Оптико-акустический метод с косвенной регистрацией акустических сигналов позволяет осуществлять ультразвуковую дефектоскопию многонаправленных графито-эпоксидных композитов по рассеянным назад широкополосным акустическим сигналам при одностороннем доступе к объекту контроля.

Апробация работы и публикации:

Результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на Всероссийской конференции “Композиционные, керамические, порошковые материалы и покрытия.” (Москва, 1995); Международной конференции “Неразрушающий контроль и диагностика-96.”(Москва, 1996); Международной конференции “Механика композитных материалов” (Латвия, Рига, 1998, 2000); Международной конференции “Современные проблемы механики” (Москва, 1999); Всероссийской конференции “Нелинейные задачи в теории гидродинамики упругих сред” (Москва, 1999); Международной конференции “Biomedical optics 2000” (San Jose, USA, 2000); Международной конференции “X Conference on Laser Optics” (С-Петербург, 2000).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [27-29,68,69,71,72,77,80,117,118].

Личный вклад соискателя

Результаты, представленные в диссертации, получены лично соискателем или в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации 171 страница, в том числе 45 рисунков, 4 таблицы. Список литературы включает 123 наименования.

Содержание диссертации.

Во введении сформулированы цели и задачи работы. Кратко изложено содержание диссертации.

Глава I посвящена теоретическому обоснованию возможностей применения оптико-акустического эффекта в задачах неразрушающей диагностики оптических, акустических и механических свойств гетерогенных сред.

В § 1.1 рассмотрен метод передаточных функций для решения задачи термооптического возбуждения звука в однородно поглощающих свет средах. Спектр термооптически возбуждаемого звукового сигнала (ОА сигнала) определяется произведением [3] спектра временной огибающей интенсивности поглощенного лазерного излучения и частотной передаточной функции термооптического преобразования :

. (1)

Функция зависит от коэффициента поглощения света, теплофизических параметров поглощающей среды и является Фурье-образом пространственного распределения источников тепла. В случае короткого лазерного импульса, т.е. когда диапазон значительно шире спектрального диапазона , временная зависимость давления переднего фронта акустического сигнала в поглощающей среде (- скорость звука в среде) повторяет пространственное распределение в ней источников тепла [125]. Таким образом, возможно применение ОА эффекта не только для возбуждения мощных широкополосных акустических импульсов [1], но и в качестве метода измерения пространственного распределения интенсивности света и оптических характеристик поглощающих сред по временной форме фронта ОА импульса [24-29].

§ 1.2 посвящен анализу трансформации формы ОА сигнала при распространении в конденсированной среде [1,125]. Поскольку информация извлекается в первую очередь из анализа временной формы ОА сигналов, то учет изменения формы импульса является очень важным [27-29,77,118]. Проходя расстояние от излучателя до приемника, широкополосный акустический сигнал искажается, причем низкие частоты больше подвержены дифракции, а высокие - затуханию. Поэтому влияние диссипативных и дифракционных искажений на форму ОА сигнала рассматривается в случае сильно различающихся масштабов их проявления. Обычно в задачах неразрушающей диагностики используются акустические импульсы небольших амплитуд, поэтому влиянием нелинейных искажений на форму ОА сигнала не учитывается.

Глава II посвящена измерению пространственного распределения интенсивности света и оптических свойств сильно рассеивающих свет конденсированных сред импульсным оптико-акустическим методом.

В § 2.1 приведен краткий обзор различных методов исследования оптических характеристик рассеивающих конденсированных сред. Большинство методов диагностики оптических свойств рассеивающих сред основано на регистрации рассеянного средой излучения [12-23]. Регистрируется либо рассеянное вперед, либо рассеянное назад световое поле. В параграфе обсуждаются достоинства и недостатки оптических методов. В качестве альтернативного метода решения поставленной задачи представляется перспективным применение оптико-акустического эффекта [25-29]. В ОА методике регистрируется не световой, а акустический сигнал, возбуждаемый в рассеивающей среде, что существенно облегчает процедуру обработки экспериментальных данных и позволяет одновременно измерять пространственное распределение интенсивности света и оптические характеристики среды [27-29].

В § 2.2 проведен теоретический анализ пространственного распределения интенсивности света в условиях многократного рассеяния [32-34] (коэффициент поглощения m_a много меньше коэффициента рассеяния m_s). Рассматривается одномерный случай, т.е. падение на рассеивающую среду волны с плоским волновым фронтом. В этом приближении и при условии, что время жизни фотона в среде ( - скорость света в среде) много меньше длительности лазерного импульса , из уравнения баланса фотонов получено стационарное уравнение диффузии [35,36]. Решение этого уравнения описывает распределение интенсивности света на расстояниях от границы, больших 2¸ 3 транспортных длин свободного пробега фотона в среде . Сравнение результатов диффузионной теории с результатами экспериментов необходимо для определения неизвестных величин m_a и (, g - средний косинус угла однократного рассеяния) [25-29].

В § 2.3 рассмотрена модель импульсного оптико-акустического эффекта в рассеивающей среде [28,9]. Анализ термооптического возбуждения звука в рассеивающей среде возможен только при упрощающих предположениях. В рассматриваемом случае среда являлась сильно рассеивающей (), и ее толщина L и характерный радиус лазерного пучка , используемого для возбуждения звука, были много больше глубины проникновения света в среду . В этом случае можно использовать приближение полубесконечной среды и считать лазерный пучок коллимированным. Если время релаксации теплового поля в области нагрева много больше длительности лазерного импульса , то диффузией тепла в процессе лазерного нагрева среды можно пренебречь. При поглощении в среде короткого лазерного импульса () и при указанных выше предположениях передний фронт давления ОА сигнала повторяет пространственное распределение интенсивности света в среде [3].

В § 2.4 приведены экспериментальные результаты измерения пространственного распределения интенсивности света в сильнорассеивающих конденсированных средах и оптических характеристик таких сред [27-29]. В качестве исследуемых модельных рассеивающих сред были взяты водная суспензия полистироловых сферических частиц (радиус частиц r₀ = 0.38 мкм, объемная концентрация n_V = 0.75%) и взвесь частиц оксида титана TiO₂ в воде (средний размер частиц r₀ < 1 мкм, n_V = 0.2¸ 1.7%). По экспоненциальной аппроксимации переднего фронта ОА сигнала был определен коэффициент экстинкции света в исследуемых средах . Относительная ошибка в измерении определяется шумом квантования сигнала и ошибкой в измерении скорости звука и составляет около 1%. Для суспензии полистироловых сфер результат расчета приведенного коэффициента рассеяния света по известному коэффициенту поглощения света в воде = 0.16 см^-1 и измеренному значению совпал в пределах точности измерений 2% с рассчитанным по теории Ми. По известным и было рассчитано пространственное распределение интенсивности света в суспензии в диффузионном приближении. Для взвеси частиц TiO₂ в воде по абсолютной величине давления фронта ОА сигнала и по экспериментально измеренному значению был вычислен коэффициент , а затем и . Предлагаемый оптико-акустический метод позволяет определять оптические характеристики рассеивающей среды с относительной точностью 2.5¸ 3%.

Глава III посвящена ОА методикам неразрушающего контроля и диагностики одномерных периодических структур (ПС).

В § 3.1 проведен краткий обзор литературы по ультразвуковой диагностике акустических и механических свойств ПС. Наличие у таких структур в спектре пропускания ультразвука диапазонов прозрачности (“pass-bands”) и непрозрачности (“stop-bands”) [59-67,71,72] открывает возможность их неразрушающей диагностики. Поскольку наличие дефектов в структуре приводит к появлению одного или нескольких локальных максимумов в зоне прозрачности [60,71], метод широкополосной ультразвуковой спектроскопии позволит провести дефектоскопию ПС. Применение для этой цели лазерных источников мощных широкополосных ультразвуковых сигналов является весьма перспективным, позволяя проводить измерения в широком диапазоне частот и в реальном масштабе времени [71,72].

В § 3.2 теоретически проанализировано распространение ультразвуковых волн в ПС с использованием модели встречного интерференционного взаимодействия двух плоских волн в каждом слое ПС [71,72]. Для расчета коэффициента пропускания ПС использована матричная методика. Данный подход дает возможность не ограничиваться свойствами материалов слоев и их количеством. Это позволяет анализировать пропускание ультразвука произвольными слоистыми структурами.

В § 3.3 рассмотрена принципиальная схема иммерсионного метода с лазерным источником ультразвука [1,69]. Эта схема являлась основной при проведении ОА диагностики различных модельных и реальных периодических структур и композитных материалов.

В § 3.4 приведены экспериментальные результаты по ОА диагностике модельных одномерных ПС, состоящих из оргстекла и воды [69,70]. В полосе частот (0.5 ¸ 6) МГц исследована зонная структура спектра пропускания ультразвука. Подробно изучена ПС с дефектами, т.е. когда один или несколько слоев оргстекла заменены водой. В этом случае в зоне непрозрачности наблюдались локальные максимумы пропускания ультразвука, а зона прозрачности видоизменялась [60,69,70]. Полученные экспериментальные данные хорошо совпали с результатами численного моделирования, выполненными по методике § 3.2.

В § 3.5 рассмотрена принципиальная схема оптико-акустического рефлектометра - прибора, специально сконструированного на основе схемы с косвенной регистрацией акустических сигналов [76,77] для неразрушающего контроля и диагностики периодических структур и композитных материалов при одностороннем доступе к образцу или изделию. Иммерсионная методика, рассмотренная в § 3.3, обладает существенными недостатками при исследовании готовых изделий: она требует приготовления образцов в виде плоскопараллельных пластин. Кроме того, иммерсионный метод является непригодным для контроля изделий, к которым имеется только односторонний доступ. Поэтому рефлектометр использовался в дополнение к иммерсионной методике. Полученные с помощью такого прибора результаты неразрушающей ультразвуковой диагностики композитов приведены в § 3.6 и § 4.4.

§ 3.6 и § 3.7 посвящены ОА диагностике реальных ПС. В § 3.6 на основе ультразвуковых измерений пропускания и рассеяния назад ультразвука проведена диагностика толщины и качества склейки ПС, состоящих из двух пластин алюминия, скрепленных эпоксидной смолой.

В § 3.7 рассмотрена оптико-акустическая методика измерения пористости и толщины слоя пористого кремния на монокристаллической подложке. Метод основан на определении фазовой скорости ультразвука в двухфазной среде этанол/кремний. Этанол использовался в данном случае в качестве иммерсионной среды, он же заполнял свободный объем пор. После проведения измерений этанол быстро испаряется из пористого слоя, не разрушая его первоначальную структуру. Используя теоретическую модель распространения акустических волн в двухфазной среде, найдено выражение, связывающее пористость кремния и фазовую скорость ультразвука в такой среде. Толщина пористого слоя на подложке была рассчитана исходя из результатов анализа ревербераций зондирующего ультразвукового импульса в слоистой среде “этанол - этанол/слой пористого кремния - кремниевая подложка - этанол”. Таким образом, данный метод позволяет проводить измерения на образцах с минимальной толщиной пористого слоя  = 2мкм при любой пористости образцов.

Глава IV посвящена ОА методу неразрушающего контроля и диагностики композитных материалов[68,69,77,80,117,118].

В § 4.1 проведен краткий обзор литературы по ультразвуковым исследованиям упругих свойств композитных материалов, их структуроскопии и дефектоскопии. В подавляющем большинстве работ в качестве зондирующих импульсов используются широкополосные акустические сигналы. Пространственное разрешение таких методов зависит от длительности зондирующих импульсов [81], а глубина зондирования - от их амплитуды. Применение лазерного возбуждения ультразвука представляется наиболее целесообразным для этой цели, т.к. позволяет получать мощные широкополосные акустические сигналы с хорошо контролируемой амплитудой и частотным спектром [1,3].

В § 4.2 рассмотрена теоретическая модель распространения плоских акустических волн в однонаправленных (1-D) графито-эпоксидных (г/э) композитах в длинноволновом случае, т.е. когда длина волны ультразвука много больше характерного периода структуры. В таком случае зонная структура спектра пропускания вырождается, и композит может быть описан моделью анизотропного твердого тела [68,69,114,116]. В этом приближении находится связь между фазовыми скоростями упругих волн и упругими модулями материала.

В § 4.3 описывается иммерсионная методика с применением лазерного возбуждения широкополосных продольных и сдвиговых акустических импульсов для определения полного набора упругих модулей 1-D г/э композитов. Показано, что дисперсия фазовой скорости продольных и поперечных волн в диапазоне 1¸ 15 МГц отсутствует. Измерена анизотропия фазовых скоростей для всех типов упругих волн и построены волновые поверхности. На основе полученных экспериментальных данных рассчитан полный набор упругих модулей 1-D г/э композитов [69,80]. Максимальная ошибка измерений для продольных и сдвиговых модулей составляет 3%, для смешанных - 6%.

§ 4.4 посвящен методу ОА дефектоскопии многонаправленных г/э композитов с помощью ОА рефлектометра [76,77], описанного в § 3.5. Данный прибор позволяет проводить диагностику дефектов структуры композита при одностороннем доступе к образцу или изделию. ОА сигнал, возбуждаемый на лицевой поверхности композита (лазерное излучение поступает через световод, расположенный в корпусе рефлектометра), распространяется вглубь образца, где испытывает рассеяние на его неоднородностях. Рассеянный назад ультразвук регистрируется широкополосным приемником, вмонтированным в корпус прибора, т.е. измерения проводятся при одностороннем доступе к образцу. Исследовались г/э композиты с различными инородными включениями. Математическая обработка экспериментальных данных осуществлялась на основе спектрального и корреляционного анализа зарегистрированных сигналов. По знаку корреляционной функции определялся характер дефекта. Малая пространственная протяженность эталонного импульса D l = 0.5¸ 0.6 мм позволяла обнаруживать дефекты в образцах или изделиях из г/э композитов на глубине от 0.5 мм. Таким же ( ~ 0.2 мм) является разрешение по глубине, при этом латеральное разрешение определяется радиусом пучка на поверхности образца и составляет около 3 мм. Максимальная глубина зондирования составляет 30 мм.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.