分被其表面反射，吸收的电磁能转化为热能，当热吸收的速度大于热传导速度时，就会引起 材料介质浅层表面局部的热膨胀，从而其领域内产生了相互的应力的作用，产生穿透材料或 沿其表面传播的应力波，此种激光激发机制称为热弹机制，激光入射功率低于损伤阈值，介 质材料的表面没有发生任何的融蚀及燃烧现象，符合无损检测的要求；当入射激光的功率不 断提高，超过材料的损伤阈值时，材料表面温度急剧升高，致使局部发生熔化、汽化因而伴 有等离子体喷射而出，于介质材料的表面施加了一个法向的反作用力，并且激发出了大幅值 的压缩超声脉冲，此种机制便被称为烧蚀机制[27]。

激光超声波的检测和激发都有赖于激光去实现，利用超声波的不同长短波长，在传播过 程中遇到不同障碍和缺陷时所产出的反射及投射现象来准确的反映材料的结构特征。采用激 光超声进行系统缺陷检测的工作过程示意图如 2。1 所示，其原理如下：激光由高功率脉冲激 光器产生，激励作用于样品的表面，在热弹效应或烧蚀效应的作用下产生超声波；传播过程 中遇到的表面缺陷会引起此处波形振幅与频率的相应改变；激光超声的检测单元在合适的接 收接收超声信号来`自+优-尔^论:文,网www.chuibin.com +QQ752018766-，得到相应的频率和幅值的信息；通过信号解调的模块解调这些调制有缺陷 信息的超声波形，从而得到缺陷的具体形状、位置、大小、深度等相关信息[28]。

图 2。1 激光超声检测系统缺陷的工作过程示意图

2。2 激光超声激发机理

2。2。1 热弹机制下的激光超声

当激光入射功率较小，不足以使介质表面产生融蚀时，会在介质表面形成一个热特性区， 然后在材料内部想四周膨胀扩展产生热应力，这种热应力从而在介质内部激发出超声波，产 生源是一个短暂的膨胀过程，这个膨胀过程形成了一种偏振方向与材料表面平行的应力波即 超声剪切波，与这个膨胀相关的应力波低于材料的弹性限度，故而这种模式被称作热弹效应。 采用的激励激光是具有脉冲周期性的，故而热弹性膨胀也因此呈现周期性的变化，产生的周 期性的脉冲信号的超声波[29]。在热弹效应下，若金属为自由表面，则其主要的应力与自由面 平行，与表面垂直的应力非常小，故而此种状况下，主要激发出相对幅度与超声横波很小的 纵波；除此之外，还激发出了双极瑞利波。在热弹机制作用下，激光超声信号幅值正比于入 射的激光能量，这种特点使其非常有利于其应用于超声无损检测。但是这种机制下用于生产 检测超声的激光能量较低，故而激发效率也较低。所以，需要利用表面处理技术和光源调制 技术共同结合以提高激发效率，如在固体表面增加各种涂层用以增加表面的吸收系数或利用 宽度极窄的脉冲的高能量密度光束进行照射。