Сканирующий акустический микроскоп

(51) 5 С 01 Н 29/О ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМпРИ Гкнт сссР КОМИТЕТотнРцтиям ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВ Н АВТОРСНОМУ 1 4-28(21) 4306207/ (22) 14.09.87 (46) 3001,90 (71) Институт Бюл. 9 4радиофизиСРпольский и и и элекна элека 10 восмация об объе тронно-лучеву даетсяку блоения.ния оса по пл ге по тру бра ри помощиществляют оскости становления исистемы 8 скаисследование ров ьек на выходе ис же ни а изменяя напр точника 4 нась акустического пнса, изменяют фо н амагнитног дающего эле ние усное расст ента. 1 ил. ится к иэмерител Микроскоп содержит 1, выполненный из одн ванного парамагнитным трического мочокриста плоскопараллельные то звукопровод ородно-легироионами диэлеклла и имеющий рцы, пьезопреьных волн, имеюакт с первым Изобретение отной технике и можно при неразрушающделия,зоваг быть испол емся контрол и сия является Целью иэобрете ширение фучкционал путем обеспечения екта по глубине б стности изображен На чертеже пре ма сканирующего аобразователь 2 продол ший акустический конт т ьных возможнисследованияз ухудшения бъьезопр ода 1, опер еч цом звукопроатель 3устическзвукопроторец, и траых волн, имект с вторым образо ющий а торцом ходной конт тавлена блостического оскии вы да и очни насыщения роскопа троники АЬ УС(56) Авторское свидетельство СССР Р 1154609, кл С 01 Я 29/06, 1983. ;(54) СКАНИРУЮЩИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения исследования объекта по глубине без .ухудшения контрастности изображения. Источником 4 насыщения акустического парамагнитного резонанса в пьезопреобразователе 3 поперечных волн создается поперечная акустическая волна которая влияет на фокусное расстояние передающего элемента, состоящая из звукопровода 1, пьезо преобразователя 2 продольных волни пьезопреобразователя 3 поперечных волн. Источник 7 зондирующихимпульсов при помоши пьезопреобразователя 2 продольных волн возбуждает в звукопроводе 1 продольную акустическую волну, которую, сфокусировав при помощи источника 4 насыщения парамагнитного резонанса и пье-зопреобразователя 3 поперечных волн,направляют на исследуемый объект 9.Акустическая волна, прошедшач объект9 и содержащая о нем информацию, поступает на приемный акустпческийэлемент 5, с выхода которого инфор1539653 акустического парамагнитного резонанса (регулируемый генератор СВЧ).Источник 4 насыщения акустическогопарамагнитного резонанса подключенк электрическому входу пьезопреобразователя 3 поперечных волн. Крометого, сканирующий акустический микроскоп содержит приемный акустический элемент 5, имеющий плоский входной торец, установленный параллельно выходному торцу пьезопреобразователя 3, жидкостную ячейку 6, помещенную между выходным торцом пьезопреобразователя 3 и входным торцом при 5емного акустического элемента 5 и эа.полненную, например, жидким гелием,источник 1 зондирующих импульсов,подключенный к электрическому входупьезопреобразователя 2 продольныхволн, систему 8 сканирования исследуемого объекта 9 и блок 10 визуализации с запоминающей электронно-лучевой трубкой,Входы разверток блока 10 визуализации подключены к выходам напряжения разверток системы 8 сканирования, а вход управления яркостьюлуча электронно-лучевой трубки блока10 визуализации подключен к выходуприемного акустического элемента 5,Объект 9 помещен в жидкостную ячейку 6 и механически связан с выходомсистемы 8 сканирования. Коэффициент преобразования пьезопреобразователя 3 поперечных волн имеет аксиально-симметричное квадратичное распределение по закону2ч = (1- -" - )чг о(2) 45 где 1 - интенсивность потока поперечных гиперзвуковьМ волн,на расстоянии г,Втмм1 - интенсивность потока поперечных гиперзвуковых волнпо оси эвукопровода 1,Вт/мм.Акустический показатель преломпения в кристалле, легированном парамагнитными ионами, при насьпценииакустического парамагнитного резонанса определяется по формуле (2) и призначительном превышении порога насьпцения на частоте Я= Й + а Я,1 Жимеет вид ч расстояние от оси звукопровода, мм;коэффициент преобразования на расстоянии г, отн. ед;коэффициент преобразования на оси звукопровода, отн. ед.;радиус преобразователяпе е ных волн мм. по рчПередающий Фокусирующий элемент, состоящий из звуковопровода 1 и ,пьезопреобразователей 2, 3, приемный акустический элемент 5, жидкостная ячейка 6 и исследуемый объект 9 находятся в азотно-гелиевом криостате. Устройство работает следующим образом.Источник 4 насьпцения акустического парамагнитного резонанса генерирует непрерывное монохроматическое электромагнитное поле, частота Я,.1. которого совпадает с частотой Й акустического парамагнитного резонанса легирующих ионов монокристаллического звукопровода 1. Мощность этого поля, с учетом потерь на преобразование в акустические к олебания, превышает порог насьпцения акустического парамагнитного резонанса легирующих ионов, соответствующий уменьшению разности населенностей резонансных квантовых уровней этих ионов, вдвое, Это электромагнитное поле поступает на пьезопреббраэователь 3 поперечных волн, В пьезопреобразователе 3 электромагнитное поле преобразуется в непрерывные монохроматические акустические колебания с поперечной поляризацией, имеющие ту же частоту Я = НАПР, что и электромагнитное поле, Благодаря акустическому контакту пьезопреобраэователя 3 поперечных волн с вторым торцом звукопровода 1 в последнем возбуждаются объемные поперечные гиперзвуковые волны, воздействующие на легирующие парамагнитные ионы эа счет эффекта насьпцения акустического пара- магнитного резонанса, Интенсивность потока этих поперечных волн пропорциональна коэффициенту преобразования пьезопреобразователя 3 и в соответствии с (1) имеет аксиально-симметричное квадратичное распределение по закону(3) К = К г о 2 КЪ 1 Ко где Кг акустический показательпреломления на расстоянии г, отн. ед.;акустический показательпреломления по оси эвукопровода 1, отн.ед.;коэффициент парамагнитного поглощения акустических волн на частотеЯ при отсутствии насыщения, ммволновое число гиперзву"ка в звукопроводе 1 поего оси, мм ;параметр неоднородности(соотношение однороднойи неоднородной ширины линии акустического парамагнитного резонанса),отн. ед.;интенсивность потока поперечных объемных гиперзвуковых волн, при которой разность населенностей резонансных квантовых уровней парамагнитных ионов уменьшаетсявдвое по сравнению стермодинамически равновесным значением, Вт/мм Ко 2 лК При изменении мощности непрерывного электромагнитного поля, поступаюго от источника 4 насыщения акуического парамагнитного резонансапьезопреобразователь 3 поперечных волн, изменяется величина 1 д, что приводит к изменению фокусного расстояния передающего фокусирующего элемента пропорционально 41 В случае значительной неоднородности линии акустического парамагнитного резонанса, т,е, при Ь ( 0,2 + + 0,3, резонансное поглощение гипер ще ст на Таким образом, в механически однородномзвукопроводе 1 формируется линзовое распределение акустического показателя преломления, причем фокусное расстояние 1 этой наведенной поперечными волнами акустической линзы дается формулой 39653 6звука насыщается при более низких уровнях 1, чем резонансная дисперсия фазовой скорости гиперзвука, поэтому дополнительное поглощение 5рабочих продольных гиперзвуковых волн при их фокусировке не имеет места.Зондирующий импульсный электромагнитный сигнал с частотой заполнения 2 генерируемый источником 7Ц Узондирующих импульсов и подлежащийпреобразованию в продольные объемные гиперзвуковые волны с последующей управляемой фокусировкой, подается на электрический вход пьезопреобразовтеля 2 продольных волн. Впьезопреобразователе 2 продольныхволн зондирующий электромагнитный 2 Ц сигнал преобразуется в продольныеобъемные гиперзвуковые колебания,частота которых также равна 2, аинтенсивность однородна по всей площади пьезопреобразователя 2 продоль ных волн. Благодаря акустическомуконтакту пьезопреобразователя 2 продольных волн с первым торцом звукопровода 1 в последнем возбуждаютсяобъемные продольные гиперзвуковые 30 волны. Так как зондирующий сигналявляется импульсным, то даже приравенстве амплитуды импульсов продольных волн амплитуде непрерывногопо времени поля поперечных волн обеспечивается выполнение условия, когда средняя по времени интенсивностьрабочих продольных волн меньше интенсивности, необходимой для понижения разности населенностей кван товых уровней парамагнитных ионоввдвое. Поэтому влияние рабочих про. дольных волн на акустическую линзу,наведенную поперечными волнами, несущественно, тогда как влияние этойлинзы на продольные волны приводитк их фокусировке, а фокусное расстояние управляется посредством изменения выходного напряжения генератора СВЧ. Сфокусированные продольные объемные гиперзвуковые волнычерез пьезопреобразователь 3, работающий на продольных волнах в качестве акустического буфера, поступают, пройдя слой имиерсионной жидкости ячейки б, на исгледуемый объект 9, который с помощью системы8 механически сканируется в плоскости, параллельной торцам звукопровода .1.и приемного акустикоэле1539 б 53 Корректор С.Шекм Циткин Редакт Зак Тираж 495 дарственного комитета по иэобретен 113035, Москва, Ж, Раушскаоиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 Со Те авитель В.Молодцед М.Ходанич Подписноем и открытиям при ГКНТ СССРнаб., д. 4/5