聆听光的声音——光声效应

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聆听光的声音——光声效应
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在物理学里，光和声就像兄弟俩一样，都是波，有着相似的性质。

, b7 }  T, r! `我们用颜色来形容噪声，比如“白噪声”、“粉红噪声”。但你有听过光的声音吗？

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* y  k* q# ?9 D/ U; M& c/ L+ @6 B光声效应
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用光照射某种媒质时,由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引起媒质内某些区域结构和体积变化;当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温度的升降会引起媒质的体积涨缩,因而可以向外辐射声波。


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! Q0 G! f* a) e8 _$ Y# {光声效应是A.G.Bell于1880年发现的，当时他正在用光线电话向美国科学院陈述科学进展，最初是在固体试样中，之后在气体和液体试样中亦观察到同样的现象。他所研制的新仪器包括语音活性镜，硒池子以及电话接收器。太阳辐射光由语音活性镜调制后反射通过扬声器的振动，之后由抛物镜聚焦在一定位置，在其焦点位置放置一灵敏的硒池，硒池连接着带有干电池的电子学器件和电话。因硒的阻抗随着入射光强化，调制的太阳光产生电子学上的语音，即声音信号。

光声效应的运用

& P. }9 Q# C( |3 ?1、光声谱技术。由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线（或连续光谱）的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，由此得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱。光声谱实际上代表物质的光吸收谱，因此利用光声效应可以检测物质的组分。由此研制成功一种新的光谱分析的工具──光声谱仪，它广泛用于气体及各种凝聚态物质的微量甚至痕量分析。

2、光声显微镜技术。近年来,利用聚焦的激光束在固体样品表面扫描，对不同位置处产生的光声信号的振幅和相位进行测量，从而来确定样品的光学、热学、弹性或几何结构，由此发展一种光声显微镜或光声成像技术，可对各种金属、陶瓷、塑料或生物样品等的表面或亚表面的微细结构进行声成像显示，特别是对集成电路等固体器件的亚表面结构进行成像研究，成为各种固体材料或器件非破坏性检测的有效工具。



* Y& ]0 ]+ I, d% i  `" M6 W3、光声多普勒技术。光声多普勒技术就是在光声转换的基础上发展起来的。光声效应是物质吸收了调制光能，吸收的光能转化成热能，在物质内部产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生压力的周期性变化，因而产生声信号，其频率与光调制频率相同。如果光吸收物质是运动的，由于多普勒效应，观察者接收到的声波会发生频移。由于传统的超声成像和激光成像依赖于超声或光的散射，对于毛细血管低速血流的成像有一定困难。光声多普勒技术依赖于物质的光吸收系数，肿瘤的黑色素以及血液中血红蛋白有很高的光吸收系数，因此光声多普勒技术在医学上可以用来测量血流流速以及血流成像。