Исследование качества термодиффузионной сварки кристаллов в дисковом оптическом элементе оптоакустическим методом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Оптоакустическим методом исследована возможность оценки качества термодиффузионной сварки двух кристаллов иттрий алюминиевого граната в композитном оптическом диске. Для получения акустических изображений термодиффузионной сварки использовалось сканирование над поверхностью диска оптоакустического датчика, соединенного с импульсным лазером (длина волны 532 нм, длительность импульса 10 нс) оптоволокном. Синхронно с перемещением датчика на площади 16 × 16 мм с шагом 0.1 мм происходила регистрация ультразвуковых импульсов в диапазоне частот до 80 МГц. Использовалось два режима ультразвуковой локации: на отражение и на просвет. Проведена диагностика двух композитных дисков диаметром 15 мм с различным качеством термодиффузионной сварки. Обсуждается возможность количественного определения качества диффузионного слоя оптоакустическим методом для объективного сравнения дисков. Полученные данные подтверждены результатами измерений методом оптических проекций.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Казаков

Институт прикладной физики РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kazak@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

И. Б. Мухин

Институт прикладной физики РАН

Email: kazak@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

А. А. Курников

Институт прикладной физики РАН

Email: kazak@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

П. В. Субочев

Институт прикладной физики РАН

Email: kazak@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Егерев С.В., Симановский Я.О. Оптоакустика неоднородных биомедицинских сред: конкуренция механизмов и перспективы применения (обзор) // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 1. С. 96–116. http://doi.org/10.31857/S0320791922010026
  2. Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Влияние трещиноватости полевых шпатов на спектральную мощность обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 679–688. http://doi.org/10.31857/S0320791922060090
  3. Hayashi T., Mori N., Ueno T. Non-contact imaging of subsurface defects using a scanning laser source // Ultrasonics. 2022. V. 119. P. 106560. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106560
  4. Podymova N.B., Karabutov A.A. Nondestructive assessment of local microcracking degree in orthoclase and plagioclase feldspars using spectral analysis of backscattered laser-induced ultrasonic pulses // Ultrasonics. 2022. V. 125. P. 106796. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2022.106796
  5. Kou X., Pei C., Chen Z. Fully noncontact inspection of closed surface crack with nonlinear laser ultrasonic testing method // Ultrasonics. 2021. V. 114. P. 106426. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106426
  6. Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Лазерный оптико-акустический метод для обнаружения нарушений периодичности структуры углепластиков // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 4. С. 454–461. http://doi.org/10.31857/S0320791922040128
  7. Khokhlova T.D., Pelivanov I.M., Solomatin V.S., Karabutov A.A., Sapozhnikov O.A. Opto-acoustic diagnostics of the thermal action of high-intensity focused ultrasound on biological tissues: the possibility of its applications and model experiments // Quant. Electronics. 2006. V. 36. № 12. P. 1097–1102. http://doi.org/10.1070/QE2006v036n12ABEH013262
  8. Bychkov A., Simonova V., Zarubin V., Cherepetskaya E., Karabutov A. The progress in photoacoustic and laser ultrasonic tomographic imaging for biomedicine and industry: A review // Appl. Sciences. 2018. V. 8. P. 1931. http://doi.org/10.3390/app8101931
  9. Yddal T., Gilja O.H., Cochran S., Postema M., Kotopoulis S. Glass-windowed ultrasound transducers // Ultrasonics. 2016. V. 68. P. 108–119. http://dx.doi.org/10.1016/j.ultras.2016.02.005
  10. Kurnikov A.A., Pavlova K.G., Orlova A.G., Khilov A.V., Perekatova V.V., Kovalchuk A.V., Subochev P.V. Broadband (100 kHz – 100 MHz) ultrasound PVDF detectors for raster-scan optoacoustic angiography with acoustic resolution // Quant. Electronics. 2021. V. 51. № 5. P. 383–388. https://doi.org/10.1070/QEL17538
  11. Ren D., Sun Y., Shi J., Chen R. A review of transparent sensors for photoacoustic imaging applications // Photonics. 2021. V. 8. P. 324. https://doi.org/10.3390/photonics8080324
  12. Тиманин Е.М., Михайлова И.С., Фикс И.И., Курников А.А., Ковальчук А.В., Орлова А.Г., Угарова О.А., Frenz M., Jaeger M., Субочев П.В. Улучшение оптоакустических изображений биотканей методом одномерной обратной свертки с адаптивной самокалибровкой в реальном времени // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 6. С. 800–807. http://doi.org/10.31857/S0320791923600750
  13. Рудницкий А.Г. Итерационная схема коррекции изображений в оптоакустической томографии // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 4. С. 440–448. http://doi.org/10.31857/S0320791922040098
  14. Tian C., Xie Z., Fabiilli M.L., Liu S., Wang C., Cheng Q., Wang X. Dual-pulse nonlinear photoacoustic technique: A practical investigation // Biomed. Opt. Expr. 2015. V. 6. № 8. P. 2923–2933. http://doi.org/10.1364/BOE.6.002923
  15. Oraevsky A., Karabutov A. Ultimate sensitivity of time-resolved opto-acoustic detection // Proc. SPIE Biom. Optoacoustics. 2000. V. 3916. P. 228–239. http://doi.org/10.1117/12.386326
  16. Davies S.J., Edward C., Taylor G.S., Palmer S.B. Laser-generated ultrasound: its properties. mechanisms and multifarious applications // J. Phys. D: Appl. Phys. 1993. V. 26. P. 329–348. http://doi.org/10.1088/0022-3727/26/3/001
  17. Ruello P., Gusev V.E. Physical mechanisms of coherent acoustic phonons generation by ultrafast laser action // Ultrasonics. 2015. V. 56. P. 21–35. http://dx.doi.org/10.1016/j.ultras.2014.06.004
  18. Gao T., Liu X., Zhu J., Zhao B., Qing X. Multi-frequency localized wave energy for delamination identification using laser ultrasonic guided wave // Ultrasonics. 2021. V. 116. P. 106486. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106486
  19. Gupta S., Rajagopal P. S0 Lamb mode scattering studies in laminated composite plate structures with surface breaking cracks: insights into crack opening behavior // Ultrasonics. 2023. V. 129. P. 106901. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2022.106901
  20. Karabutov A., Devichensky A., Ivochkin A., Lyamshev M., Pelivanov I., Rohadgi U., Solomatin V., Subudhi M. Laser ultrasonic diagnostics of residual stress // Ultrasonics. 2008. V. 48. P. 631–635. http://doi.org/10.1016/j.ultras.2008.07.006
  21. Goncalves-Novo T., Albach D., Vincent B., Arzakantsyan M., Chanteloup J.-Ch. 14 J/2 Hz Yb3+:YAG diode pumped solid state laser chain // Opt. Express 2013. V. 21. № 1. P. 855–866. http://doi.org/10.1364/OE.21.000855
  22. Vadimova O.L., Mukhin I.B., Kuznetsov I.I., Palashov O.V., Perevezentsev E.A., Khazanov E.A. Calculation of the gain coefficient in cryogenically cooled Yb: YAG disks at high heat generation rates // Quant. Electron. 2013. V. 43. № 3. P. 201–206. http://doi.org/10.1070/QE2013v043n03ABEH015064
  23. Mukhin I.B., Perevezentsev E.A., Palashov O.V. Fabrication of composite laser elements by a new thermal diffusion bonding method // Opt. Mater. Expr. 2014. V. 4. № 2. P. 266–271. http://doi.org/10.1364/OME.4.000266
  24. Kuznetsov I.I., Volkov M.R., Mukhin I.B. Composite Yb:YAG sapphire thin-disk active elements produced by thermal diffusion bonding // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 2020. V. 37. № 7. P. 2193–2198. http://doi.org/10.1364/josab.396572
  25. Горальник А.С., Кульбицкая М.Н., Михайлов И.Г., Ферштат Л.Н., Шутилов В.А. О температурной зависимости скорости звука в чистых и легированных кварцевых стеклах // Акуст. журн. 1972. Т. 18. № 3. С. 391–396.
  26. Мункуева С.Б., Санжиев Ч.П., Сандитов Д.С. Параметр Грюнайзена и отношение скоростей распространения продольной и поперечной акустических волн в стеклах // Вестн. Бурят. гос. универ. 2011. Т. 11. С. 164–168.
  27. Kobayashi K., Yoshida S., Saijo Y., Hozumi N. Acoustic impedance microscopy for biological tissue characterization // Ultrasonics. 2014. V. 54. P. 1922–1928. http://dx.doi.org/10.1016/j.ultras.2014.04.007
  28. Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Лазерный оптико-акустический метод количественной оценки пористости углепластиков на основе измерения их акустического импеданса // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 1. С. 86–94. http://doi.org/10.31857/S0320791920010098
  29. Gonzalez M.G., Riobу L.M., Brazzano L.C., Veiras F.E., Sorichetti P.A., Santiago G.D. Generation of sub-microsecond quasi-unipolar pressure pulses // Ultrasonics. 2019. V. 98. P. 15–19. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2019.05.002

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) – Исследуемые диски и (б) – функциональная схема проведения измерений.

Скачать (233KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение амплитуды сигнала ультразвуковой волны, отраженной от диффузионного слоя, при локации на отражение: (а, б) – для бездефектного диска и (в, г) – диска с дефектами.

Скачать (641KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение амплитуды сигнала ультразвуковой волны, отраженной от диффузионного слоя, при локации на просвет: (а, б) – для бездефектного диска и (в, г) – диска с дефектами.

Скачать (760KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Осциллограммы сигналов для бездефектной (1) и дефектной (2) областей диска в режиме сканирования (а) – на отражение и (б) – на просвет.

Скачать (156KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение средних (1), максимальных (2) и минимальных (3) значений сигнала, усредненного для каждого значения сечения N: (а) – для бездефектного диска и (б) – дефектного при локации в режиме на просвет.

Скачать (152KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024