اثر فوتو آکوستیک

آکوستیک به مطالعه تولید، انتقال، و اثرهای صوت می‌پردازد. زمینه‌های تحقیقات جانبی، مشتمل است بر زیست – آکوستیک، مطالعه موسیقی و ادوات آن، ارتباطهای گفتاری، آکوستیک روان شناختی، آکوستیک فیزیو لوژیکی، پردازش علامتهای آکوستیکی، اثر و کنترل نوفه، ارتعاشهای مکانیکی و شوک، فرا صوت، صوت در زیر آب، آئرو آکوستیک، صوت جوی، و تمام نگاری آکوستیکی.

طیف نمایی و آشکار سازی

اثر اپتو آکوستیک یا فوتو آکوستیک عبارت است از پخش و پلا شدن فوتونها در ماده، یعنی تولید امواج آکوستیکی توسط امواج الکترو مغناطیسی یا سایر انواع تابشهای فرودی بر روی یک نمونه. این اثر در سال 1880 توسط الکساندر گراهام بل کشف شد، که ملاحظه کرد که به هنگام جذب نور بریده بریده خورشید در یک سطح صدا تولید می‌شود. اگر چه اثر اپتو آکوستیک بیش از یک صد سال است که شناخته شده است ولی اخیراً علایق جدیدی برای مطالعات نظری و تجربی روی این پدیده به وجود آمده است.
برای این علایق جدید می‌توان دلایل متعددی ذکر کرد. اکنون چشمه‌های شدید نور، نظیر لیزرها و لامپهای قوسی بیش از گذشته در دسترس هستند. هم چنین آشکار سازهایی با حساسیتهای فوق العاده زیاد برای اندازه گیری امواج آکوستیکی ابداع شده‌اند که می‌توانند رد پای ناخالصیها را در گازها و جامدات آشکار کنند، و بالاخره، روشهای اپتو آکوستیکی، کار بردهای منحصر به فرد زیادی در برخی زمینه‌ها نظیر مطالعات طیف نمودی مواد کدر یا پودر شده، مطالعات فرایندهای تبدیل انرژی، و تصویر گیری از ویژگیهای نامرئی یا زیر سطحی در جامدات پیدا کرده‌اند. روشهای آشکار سازی اپتو آکوستیکی ممکن است مآلاً اهمیت زیادی در کنترل آلودگی محیط، تجزیه شیمیایی، نظارت بر احتراق، و تشخیصهای پزشکی پیدا کنند، و مخصوصاً بتوانند در مواردی که نمونه‌های مورد آزمایش از دیدگاه سنتی «بد-تعریف» هستند، نظیر پودرها، هواویزها، مواد رنگی و الیاف، شعله‌ها، و غیره مفید باشند.
فعالیتهای چند سال قبل در آشکار سازی طیف نمودی اپتو-آکوستیکی در گازها، با کار کرویتسر شروع شد. او با استفاده از یک لیزرفرو سرخ برای برانگیزش، حساسیت آشکار سازی متان در هوا را بیش از ده در بیلیون گزارش کرد. او هم چنین خاطر نشان کرد که یک چشمه قویتر لیزر فرو سرخ ممکن است بتواند ناخالصیهای تا یک دهم در تریلیون را آشکار کند. به نظر می‌رسد که این کار، پیشگام بسیاری از مطالعات بعدی در آشکار سازی اپتو آکوستیکی آلودگیهای جوی بوده باشد. به عنوان مثال کوخ و لاهمن یک لیزر تنظیم پذیر یک واتی را برای آشکار سازی بی اکسید گوگرد تا غلظتهای یک دهم در تریلیون به کار برده‌اند. پاتل، عملی بودن آشکار سازی اپتو آکوستیکی زمان – حقیقی غلظتهای پایین اکسید ازت را در استراتوسفر – با فرستادن دستگاه اپتو آکوستیکی توسط یک بالن به بالای جو – نشان داده است.
برای آشکار ساریهای حساس در ماده چگال، پاتل و تام با استفاده از یک لیزر رزینه‌ای برای بر انگیزش، یک ترادیسنده حساس به فشار که برای نظارتهای آکوستیکی در تماس با نمونه است، و آشکار سازی مناسب علامتهای تأخیری برای تمایز نوفه، یک روش اپتو اکوستیکی تپی ابداع کردند. آنها این روش را در نمونه‌های گوناگون مایع و جامد به کار بردند و به این نتیجه رسیدند که ضرایب جذبی تا 10-6cm-1 را می‌توان با این روش اندازه گرفت. این حساسیت به آنها امکان داد که طیفهای جذبی خیلی دقیقی را برای آب و آب شنگین به دست آورند.
بیشتر آزمایشهای اپتو آکوستیک با استفاده از میکروفون یا سایر وسایل حساس به فشار که در تماس با نمونه یا در نزدیکی آن هستند انجام شده‌اند. با این همه در برخی وضعیتها ممکن است نظارتهای اپتو آکوستیکی غیر تماسی از راه دور لازم باشد یا ترجیه داده شود، مثل موردی که به نمونه دسترسی نیست (مثلاً در یک اتاقک تخلیه)، یا برای نمونه‌های واقع در محیطهای نامطلوب، یا نمونه‌هایی که نباید آلوده شوند. شرح چندین روش آشکار سازی غیر تماسی که می‌توان آنها را در این مورد به کار برد در مجلات آمده است. به عنوان مثال، نوردال و کانستاد «تابش سنجی فوتو گرمایی» را ابداع کردند، یعنی روشی که مبتنی بر آشکار سازی تابش جسم سیاه از یک نمونه پس از گرم شدن توسط نور است؛ معلوم شده است که این روش در هر دو زمینه طیف نمایی و «عکس برداری زیر سطحی» مفید است.
یک روش ساده برای نظارت اپتو آکوستیکی غیر تماسی ابداع شد، که در آن تپ آکوستیکی انتشاری که توسط تپ نوری تولید می‌شود به وسیله یک باریکه نور پیوسته ثانوی (یا کاوه) آشکار می‌شود. ورود تپ آکوستیکی به صورت انحراف باریکه کاوه آشکار می‌شود. این روش نظارت اپتو آکوستیکی غیر تماسی را می‌توان در مورد هر یک از کار بردهای اپتو آکوستیک که در بالا به آنها اشاره کردیم اعمال کرد. علاوه بر این، زایکا و تام این روش را برای اندازه گیری غیر تماسی سرعتهای فرا صوتی در دماهای گوناگون در مایعات خورنده، اندازه گیری سرعتهای شارش و دمای گازها، و اندازه گیری دمای شعله‌ها به کار بردند. بررسی اخیر، برتری نظارت اپتو آکوستیکی غیر تماسی، یعنی قابلیت گسترش این روشها را به محیطهای فوق العاده نامطلوب، و هم چنین کاراییهای جدید اندازه گیری آکوستیکی را به روشنی نشان می‌دهد.
جوانب متعدد کار بردها و بررسیهای ممکن توسط اثر «تعمیم یافته» اپتو آکوستیک یا فوتو آکوستیک، که در آنها صوت توسط هر باریکه پر انرژی مدوله شده‌ای تولید می‌شود، وجود دارد.