Фотоакустические явления

Фотоакусти́ческие явле́ния, возникновение звуковых (акустических) волн в средах под действием оптического излучения. Фотоакустические явления часто связаны с тепловыми эффектами в облучаемой светом среде. Если интенсивность оптического излучения модулирована, то в облучаемой среде при достаточном коэффициенте поглощения возникают температурные волны. Вызванный ими нестационарный нагрев среды приводит к изменению её плотности и распространению акустических волн в пространстве, окружающем область поглощения света. Тепловое возбуждение звука возможно и без временнóй модуляции светового пучка, лишь за счёт перемещения со сверхзвуковой скоростью области его поглощения. В прозрачных для оптического излучения средах за возникновение тепловых фотоакустических явлений ответственны поглощающие взвеси, неоднородности, включения.

При концентрации мощного лазерного излучения в малых областях среды наблюдаются нелинейные физические механизмы преобразования энергии света в энергию звука. Они обусловлены переходом облучаемой области среды в новое агрегатное состояние. Так, при оптическом (лазерном) пробое среды в области фокусировки излучения возникает сильно поглощающая плазма, которая быстро нагревается до высоких температур, и в окружающую среду распространяется ударная волна, переходящая по мере удаления от фокуса в обычную акустическую волну. При облучении светом поверхности конденсированной среды может развиться её интенсивное поверхностное испарение, что приводит к возбуждению в среде ударной волны, переходящей по мере распространения в акустическую.

Фотоакустические явления могут быть также связаны с обратным пьезоэлектрическим эффектом в кристаллах и пьезокерамике, электрострикционным эффектом и др. Электрострикционные фотоэлектрические явления обусловливают такой важный для нелинейной оптики эффект, как вынужденное рассеяние Мандельштама – Бриллюэна. При этом в среде происходит возбуждение (усиление) гиперзвуковой волны с частотой, равной разности частот падающей и рассеянной волн.

При облучении полупроводников светом с высокой частотой модуляции интенсивности преобладает электронно-деформационный механизм фотоакустических явлений, связанный с изменением силы связи между атомами под действием света и возникновением механических напряжений.

Широкий спектр применения фотоакустических явлений составляет предмет изучения оптоакустики.