光声效应guangsheng xiaoying

物质受到周期性强度调制的光照射时产生声信号的现象。这种声信号称为光声信号。光声效应是由电话的发明者A.G.贝尔于1880年首先发现的。物质受到光照射时，因吸收光能而将全部或部分光能转变为热能。如果照射的是经过周期性的强度调制光束，则在被照射物质内产生周期性的温度变化，会使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生周期性振动，从而产生声波，这种声波就是光声信号。光声信号的频率与周期性强度调制光束的频率相同，频率可从声频到微波频段，光声信号的强度和位相由物质的光学、热学、弹性和几何特性决定。由于光声信号是光束与物质相互作用产生的声振动，如果对这些载有物质内部光学、热学、弹性以及结构等信息的光声信号进行接收和测量分析，便可以非常灵敏地确定物质的结构特性。光声效应近些年已发展成光声显微技术和光声谱技术等重要的应用技术。光声显微镜就是利用光声效应，依靠声成像技术来显示物质微细结构的装置。它是利用聚焦的激光束在被研究的固体样品表面扫描，通过接收在不同位置的光声信号（即声像），由仪器将声像转换成可见图像。从而显示出样品的表面或亚表面的微细结构，对样品无损坏。光声显微镜已成为研究固体材料或集成电路等固体器件的结构特性的有效工具。利用光声效应还可以检测物质的组分。由于光声效应所产生的声波的强弱正比于物质吸收的光能，并且不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值。如果用可调谐的激光作为光源，以不同波长的光束连续照射样品时，样品内不同成分的物质将在各自的吸收峰值相对应的光波波长处产生声信号极大值，由此得到的光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱，它与物质的光吸收谱完全相同，因此可以用来检测物质组分。由可调谐的激光光源照射样品，通过光声谱仪检测分析来自物质内的光声信号，从而确定物质的组分。这种光声谱技术灵敏度高，对材料无限制，广泛应用于各种状态物质(如气态、液态、固态、凝聚态)的微量甚至痕量分析。例如可用来测定头发中极微量元素，测定微量血液的血型。测定气体混合物中某一痕量成分的浓度，其灵敏度可达到浓度为10-¹_0～10^-8数量级。光声谱技术还可用来研究物质原子、分子的无吸收跃迁过程。