¿Cómo interactúan el sonido y la luz?
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Efecto fotoacústico
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El efecto fotoacústico es de A.G. Bell Descubierto en 1880 , sostenía un teléfono con cámara para presentar el progreso científico a la Academia Nacional de Ciencias. Inicialmente en muestras sólidas, el mismo fenómeno se observó también en muestras gaseosas y líquidas. Los nuevos instrumentos que desarrolló incluyeron espejos activos por voz, células de selenio y receptores telefónicos. La radiación solar es modulada por el espejo activo por voz, reflejada por la vibración del altavoz y luego enfocada en una determinada posición por la lente parabólica. Se coloca una piscina de selenio sensible en el punto focal y la piscina de selenio se conecta a dispositivos electrónicos y teléfonos que contienen baterías secas. Debido a que la impedancia del selenio aumenta con la luz incidente, la luz solar modulada produce habla electrónica o señales de sonido.
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Cuando una sustancia es irradiada por luz, se excita absorbiendo energía luminosa, y luego convierte la energía luminosa absorbida (toda o parte) mediante el proceso de eliminando la excitación sin radiación por calor. Si el haz irradiado se modula periódicamente en intensidad, producirá cambios periódicos de temperatura en el material, lo que hará que esta parte del material y su medio adyacente se expandan y contraigan con el calor, lo que resultará en cambios periódicos de tensión (o presión), lo que resultará en acústica. La señal se llama señal fotoacústica. La frecuencia de la señal fotoacústica es la misma que la frecuencia de modulación de la luz, y su intensidad y fase están determinadas por las propiedades ópticas, térmicas, elásticas y geométricas del material. Las señales fotoacústicas pueden recibirse mediante micrófonos o transductores piezoeléctricos. El primero es adecuado para detectar señales fotoacústicas de audio generadas por muestras de gas o sólidos en recipientes cerrados; el segundo también puede usarse para detectar señales fotoacústicas de muestras líquidas o sólidas. be from Audio se extiende a las bandas de microondas.
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Porque en el ensayo de efecto fotoacústico lo que se detecta es la energía sonora generada tras la interacción entre la energía luminosa absorbida por el material y el material, utilizando el efecto fotoacústico Es muy sensible para detectar la composición y características de las sustancias. Las principales aplicaciones del efecto fotoacústico son las siguientes. ①Tecnología de espectroscopia fotoacústica. Dado que la energía sonora generada en el efecto fotoacústico es proporcional a la energía luminosa absorbida por el material, y los materiales con diferentes componentes tienen picos de absorción en diferentes longitudes de onda, cuando una fuente de luz multiespectral (o espectro continuo) ilumina continuamente la muestra con haces de diferentes longitudes de onda Cuando el material de los diferentes componentes de la muestra produce la señal fotoacústica máxima en la longitud de onda correspondiente a su pico de absorción, la curva de la señal fotoacústica que cambia con la longitud de onda de la luz se denomina espectro fotoacústico. El espectro fotoacústico en realidad representa el espectro de absorción de luz de una sustancia, por lo que la composición de una sustancia se puede detectar mediante el efecto fotoacústico. Por lo tanto, se ha desarrollado con éxito una nueva herramienta de análisis espectral, el espectrómetro fotoacústico, que se utiliza ampliamente para el análisis de trazas o incluso trazas de gases y diversas sustancias de materia condensada. Debido a su alta sensibilidad de detección, especialmente la falta de restricciones en los materiales de muestra, puede analizar muestras transparentes u opacas, sólidas o semisólidas (incluidos polvos, colorantes, látex o muestras biológicas, etc.), convirtiéndose así en un complemento y un fuerte competidor. a las técnicas espectroscópicas tradicionales. ②Tecnología de microscopía fotoacústica. En los últimos años, se han utilizado rayos láser enfocados para escanear la superficie de muestras sólidas y medir la amplitud y fase de señales fotoacústicas generadas en diferentes ubicaciones para determinar la estructura óptica, térmica, elástica o geométrica de la muestra. Por lo tanto, se ha desarrollado microscopía fotoacústica o tecnología de imágenes fotoacústicas, que pueden mostrar las estructuras finas superficiales o subsuperficiales de diversos metales, cerámicas, plásticos o muestras biológicas, especialmente las estructuras subsuperficiales de dispositivos sólidos como circuitos integrados, y convertirse en una variedad de sólidos. materiales o Material. Además, debido a la aparición de fuentes láser de alta potencia, el efecto fotoacústico se puede utilizar como fuente de excitación de señales acústicas para excitar ondas sonoras en gases, líquidos y sólidos para estudiar las propiedades acústicas del medio y la interacción entre el sonido. y sonido, y sonido y otras sustancias. Dado que la fuente de excitación de la señal fotoacústica no tiene que estar en contacto directo con el medio, es particularmente adecuada para trabajos de investigación en condiciones extremas (como alta temperatura, baja temperatura, alta presión o ambiente corrosivo).
Al mismo tiempo, la fuente de señal fotoacústica generada por la fuente de excitación puede moverse a alta velocidad en el medio sin provocar un flujo de derivación, evitando así interferencias de ruido adicionales causadas por el flujo de derivación. Las perspectivas de desarrollo del efecto fotoacústico son muy prometedoras según los expertos pertinentes. ③Tecnología fotoacústica Doppler. La tecnología fotoacústica Doppler se desarrolla sobre la base de la conversión fotoacústica. El efecto fotoacústico es que el material absorbe energía luminosa modulada, y la energía luminosa absorbida se convierte en energía térmica, lo que produce cambios periódicos de temperatura en el interior del material, provocando que esta parte del material y sus medios adyacentes se expandan y contraigan con el calor, dando como resultado en cambios periódicos de presión. Esto produce una señal acústica con la misma frecuencia que la frecuencia de modulación de la luz. Si el material que absorbe la luz se está moviendo, las ondas sonoras recibidas por el observador tendrán un desplazamiento de frecuencia debido al efecto Doppler. Debido a que las imágenes por ultrasonido y láser tradicionales se basan en ultrasonido o dispersión de luz, es difícil obtener imágenes del flujo sanguíneo a baja velocidad en los capilares. La tecnología fotoacústica Doppler se basa en el coeficiente de absorción de luz de una sustancia. La melanina en los tumores y la hemoglobina en la sangre tienen altos coeficientes de absorción de luz, por lo que la tecnología Doppler fotoacústica se puede utilizar para la medición médica de la velocidad del flujo sanguíneo y la obtención de imágenes del flujo sanguíneo.