МИКРОСКОПИ́Я АКУСТИ́ЧЕСКАЯ

МИКРОСКОПИ́Я АКУСТИ́ЧЕСКАЯ, ме­тод ви­зуа­ли­за­ции мик­ро­струк­ту­ры ма­те­риа­лов разл. при­ро­ды с по­мо­щью вы­со­ко­час­тот­но­го ульт­ра­зву­ка. При об­лу­че­нии объ­ек­та УЗ-вол­ной в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия ульт­ра­зву­ка с внутр. мик­ро­струк­ту­ра­ми объ­ек­та воз­ни­ка­ет не­од­но­род­ное зву­ко­вое по­ле, ко­то­рое пред­став­ля­ет со­бой аку­стич. изо­бра­же­ние объ­ек­та. Кар­ди­наль­ным от­ли­чи­ем М. а. от др. ме­то­дов по­лу­че­ния изо­бра­же­ний мик­ро­струк­ту­ры объ­ек­тов яв­ля­ет­ся воз­мож­ность ре­ги­ст­ри­ро­вать мгно­вен­ные зна­че­ния зву­ко­вых по­лей, а не толь­ко их ин­тен­сив­но­сти бла­го­да­ря то­му, что аку­стич. при­ём­ни­ки ли­ней­ны. Не­смот­ря на ка­жу­щее­ся со­от­вет­ст­вие аку­стич. изо­бра­же­ния объ­ек­та его оп­тич. изо­бра­же­нию, это со­вер­шен­но раз­ные по сво­ей ин­фор­ма­тив­но­сти изо­бра­же­ния, по­сколь­ку они яв­ля­ют­ся ре­зуль­та­том взаи­мо­дей­ст­вия объ­ек­та с по­ля­ми разл. фи­зич. при­ро­ды. М. а. яв­ля­ет­ся так­же эф­фек­тив­ным ме­то­дом из­ме­ре­ния ло­каль­ных вяз­ко-уп­ру­гих ха­рак­те­ри­стик ма­те­риа­лов: мо­ду­лей уп­ру­го­сти, ко­эф­фи­ци­ен­тов вяз­ко­сти и внутр. тре­ния, ло­каль­ной уп­ру­гой ани­зо­тро­пии и др.

Идею ис­поль­зо­вать аку­стич. из­лу­че­ние для ви­зуа­ли­за­ции ме­ха­нич. струк­ту­ры ма­те­риа­лов пред­ло­жил рос. учё­ный С. Я. Со­ко­лов в 1934. В кон. 1950-х гг. К. Н. Ба­ран­ский (СССР) раз­ра­бо­тал ме­то­ды ге­не­ра­ции УЗ-волн в диа­па­зо­не час­тот от со­тен МГц до не­сколь­ких ГГц; эти ме­то­ды от­кры­ли ре­аль­ную воз­мож­ность соз­да­ния М. а. В 1975 К. Квейт и Р. Ле­монс (США) соз­да­ли пер­вый рас­тро­вый аку­стич. мик­ро­скоп. В СССР пер­вый ла­бо­ра­тор­ный аку­стич. мик­ро­скоп по­стро­ен так­же в 1975 (В. Е. Ля­мов, С. И. Бе­ре­зи­на).

Рис. 1. Принципиальная схема сканирующего акустического микроскопа. (а) Трансмиссионный микроскоп: 1 – пьезоэлектрический преобразователь, 2 – излучающая акустическая линза, 3 – объект, 4 – сканер, 5 ...

В аку­стич. мик­ро­ско­пе УЗ-вол­на ге­не­ри­ру­ет­ся пье­зо­элек­трич. пре­об­ра­зо­ва­те­лем, а за­тем с по­мо­щью сфе­рич. уг­луб­ле­ния (аку­стич. лин­зы) фо­ку­си­ру­ет­ся в им­мер­си­он­ной сре­де (как пра­ви­ло, жид­ко­сти), за­пол­няю­щей про­стран­ст­во ме­ж­ду лин­зой и объ­ек­том ис­сле­до­ва­ния. Фо­ку­си­ро­ван­ный пу­чок взаи­мо­дей­ст­ву­ет с объ­ек­том, час­тич­но от­ра­жа­ясь и рас­сеи­ва­ясь от не­го, а час­тич­но про­хо­дя сквозь объ­ект. При­ём сиг­на­ла по­сле его взаи­мо­дей­ст­вия с объ­ек­том осу­ще­ст­в­ля­ет­ся по­сред­ст­вом той же лин­зы или кон­фо­каль­ной ей или др. спец. уст­рой­ст­вом. В слу­чае приё­ма из­лу­че­ния, про­шед­ше­го сквозь объ­ект, аку­стич. мик­ро­скоп на­зы­ва­ет­ся транс­мис­си­он­ным (рис. 1,а), в слу­чае приё­ма от­ра­жён­но­го из­лу­че­ния – от­ра­жа­тель­ным (рис. 1,б). Аку­стич. изо­бра­же­ние объ­ек­та фор­ми­ру­ет­ся в ви­де рас­тра при ска­ни­ро­ва­нии об­раз­ца аку­стич. пуч­ком.

Су­ще­ст­ву­ет ряд мо­ди­фи­ка­ций, рас­ши­ряю­щих воз­мож­но­сти ме­то­да М. а. Напр., возможен при­ём из­лу­че­ния, рас­се­ян­но­го объ­ек­том, для че­го при­ём­ная аку­стич. лин­за по­во­ра­чи­ва­ет­ся на раз­ные уг­лы от­но­си­тель­но оси из­лу­чаю­щей лин­зы. Та­кой ре­жим по сво­ему прин­ци­пу ана­ло­ги­чен ре­жи­му тём­но­го по­ля оп­тич. мик­ро­ско­па и по­зво­ля­ет из­ме­нять эф­фек­тив­ную глу­би­ну рез­ко­сти. До­пол­нит. ин­фор­ма­цию да­ёт ис­поль­зо­ва­ние разл. не­ли­ней­ных ре­жи­мов, при ко­то­рых сиг­нал при­ни­ма­ет­ся не на час­то­те вход­но­го сиг­на­ла, а на его гар­мо­ни­ках ли­бо на ком­би­на­ци­он­ных час­то­тах. При этом в ре­зуль­тат из­ме­ре­ний вно­сят вклад как ли­ней­ные, так и не­ли­ней­ные свой­ст­ва мик­ро­объ­ек­та.

Важ­ней­шие ха­рак­те­ри­сти­ки аку­стич. мик­ро­ско­па: раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность и глу­би­на про­ник­но­ве­ния УЗ-вол­ны в объ­ект. Они за­ви­сят от час­то­ты ульт­ра­зву­ка, ха­рак­те­ри­стик фо­ку­си­рую­щей сис­те­мы, свойств им­мер­си­он­ной сре­ды и са­мо­го объ­ек­та. При уве­ли­че­нии раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­сти па­да­ет глу­би­на про­ник­но­ве­ния ульт­ра­зву­ка в объ­ект. При ком­нат­ной темп-ре в диа­па­зо­не ра­бо­чих час­тот от де­сят­ков МГц до не­сколь­ких ГГц раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность аку­стич. мик­ро­ско­па со­став­ля­ет от со­тен мик­ро­мет­ров до де­ся­тых до­лей мик­ро­мет­ра.

Рис. 2. Акустическое изображение ткани коронарной артерии в норме (частота 200 МГц, размер площади сканирования 1×1 мм).

М. а. при­ме­ня­ет­ся в фи­зи­ке, тех­ни­ке, био­ло­гии, ме­ди­ци­не и др. об­лас­тях для ис­сле­до­ва­ния мик­ро­струк­тур кри­стал­лов и плё­нок, по­ли­ме­ров и ком­по­зит­ных ма­те­риа­лов, ме­тал­лов и спла­вов, ке­ра­ми­ки, пье­зо- и фо­то­ре­ги­ст­ри­рую­щих ма­териа­лов, струк­ту­ры био­ло­гич. тка­ней (рис. 2) и кле­ток и др. М. а. ис­поль­зу­ет­ся так­же для кон­тро­ля ка­че­ст­ва из­де­лий по­лу­про­вод­ни­ко­вой тех­ни­ки и мик­ро­элек­тро­ни­ки, маг­нит­ных но­си­те­лей ин­фор­ма­ции, про­свет­ляю­щих и за­щит­ных по­кры­тий, ис­сле­до­ва­ния про­из­ве­де­ний иск-ва и др.