Методы экспериментальных исследований и измерений

Особенности исследования оптически прозрачных материалов с помощью акустического импульса, индуцированного сверхкоротким световым импульсом в пленке оптоакустического преобразователя субмикронной толщины

С. А. Ромашевский

Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва

Аннотация: Работа посвящена особенностям исследования оптически прозрачных конденсированных материалов с помощью лазерно-индуцированных гиперзвуковых волн $($частотой $>10^9$ Гц$)$ высокого давления (единицы ГПа). Генерация гиперзвука происходит в результате поглощения сверхкороткого $(\sim10^{-13}$ с$)$ лазерного импульса в оптоакустическом преобразователе – поглощающем материале, нанесенном на исследуемую оптически прозрачную подложку, регистрация распространяющейся гиперзвуковой волны в которой осуществляется за счет мандельштам-бриллюэновского рассеяния во временной области. На примере стеклянной подложки, покрытой пленкой $\rm Ni$ субмикронной толщины, экспериментально исследуется влияние акустического импульса (эха), циркулирующего в пленке $\rm Ni$, на амплитуду и фазу регистрируемых бриллюэновских осцилляций в подложке. Измерена динамика изменения коэффициента отражения $\Delta R(t)/R_0$ во временном диапазоне до $0.7 \times 10^{-9}$ с и временны́м разрешением до $0.6 \times 10^{-13}$ с при возбуждении и зондировании на границе раздела стекло–$\rm Ni$ в максимально широком диапазоне поглощенных плотностей энергий нагревающего импульса от $0.8$ до $13.2$ мДж/см$^2$, инициирующего мгновенный рост температуры электронной подсистемы $\rm Ni$ до нескольких тысяч градусов. Установлено, что амплитуда бриллюэновских осцилляций в подложке растет линейно с ростом вложенной энергии, что предполагает также линейный рост амплитуды давления акустического импульса от $0.5$ до $9$ ГПа в пленке $\rm Ni$ во всем диапазоне плотностей энергий. Обнаружено, что регистрируемый сигнал бриллюэновских осцилляций является суперпозицией бриллюэновских осцилляций от каждого отдельного акустического импульса (эха), заходящего в подложку из пленки $\rm Ni$, что в итоге ведет к амплитудно-фазовой модуляции измеряемого сигнала. Предложен подход к восстановлению временной формы оптического отклика от акустического эха из модулированного сигнала бриллюэновских осцилляций в подложке, выполнено сопоставление с прямыми измерениями оптического отклика от акустического эха на границе раздела воздух–$\rm Ni$.

УДК: 536.212.2, 534.28, 539.893, 66-947.5, 534.21, 534.24, 536.41, 536.45

Поступила в редакцию: 26.05.2025
Исправленный вариант: 03.09.2025
Принята в печать: 16.09.2025

DOI: 10.7868/S3034610X25060125