О неслышимых звуках - [40]
Собирая в одну точку распространяющиеся в масле сравнительно слабые ультразвуковые колебания, линза настолько увеличивает их интенсивность, что на поверхности масла возникает высокий фонтан, вытянутый вверх в виде узкой струйки.
По мере уменьшения длины волны ультразвука сходство в поведении ультразвуковых и световых лучей возрастает. Современная ультраакустическая техника дает возможность получать ультразвуковые волны, близкие по длине к волнам видимого света.
С помощью таких ультразвуков удалось осуществить акустическое «изображение» различных предметов. Полученное изображение можно при желании увеличить. Эти-то свойства ультразвука и были использованы при устройстве ультразвукового микроскопа.
На рис. 66 рассматриваемый предмет — изогнутая проволочка 2 — помещен в ванну, наполненную жидкостью. На него падает пучок коротких ультразвуковых волн, посылаемых кварцевой пластинкой 1. Отраженные ультразвуковые колебания фокусируются акустической линзой 3, и на приемной кварцевой пластинке 4 получается изображение предмета. При акустическом изображении светлым участкам оптического изображения будут соответствовать участки, на которые падают наиболее интенсивные ультразвуковые колебания, оказывающие на пластинку большее давление, сильнее воздействующие на нее.
Теперь задача заключается в том, чтобы превратить скрытое акустическое изображение в видимое. Это удается осуществить, воспользовавшись зависимостью электрических свойств кварцевой пластинки от давления. В результате давления на приемной пластинке возникают электрические заряды. Чем больше интенсивность падающих на пластинку ультразвуковых колебаний, тем больше воздействие их на нее, а следовательно, тем сильнее возникающий электрический заряд. Распределение электрических зарядов на пластинке будет соответствовать тому самому изображению рассматриваемого предмета, которое и надо сделать видимым.
Приемная пластинка 4 служит дном катодной трубки 5. Узкий пучок катодных лучей падает на внутреннюю поверхность приемной пластинки и выбивает из нее так называемые вторичные электроны. Выбитые электроны собираются на специальном электроде 6. Число выбитых электронов из какой-либо точки приемной пластинки зависит от ее заряда в этой точке. Если катодный луч будет двигаться по поверхности пластинки, он будет попадать на участки, различающиеся зарядом, и, следовательно, выбивать разное количество вторичных электронов. Выбитые электроны, двигаясь внутри трубки, создают электрический ток переменной силы. Сила тока изменяется в зависимости от положения катодного луча на приемной пластинке и распределения зарядов на ней, то есть от того, какое получено на ней ультразвуковое изображение.
Катодный луч заставляют прочертить полосу за полосой всю поверхность пластинки.
Начав движение в точке А (рис. 67), катодный луч бежит вдоль строки и, добежав до ее конца, очень быстро перескакивает в начальную точку следующей строки, расположенной чуть ниже, чем первая, и движется с прежней скоростью до края пластинки. Путешествуя так, луч прочерчивает за 1 секунду 20–30 строк. Когда луч прочертит весь квадрат, изображенный на рисунке, он перескакивает вновь в точку А, и движение его повторяется.
При этом движении сила тока, текущего через трубку 6 (рис. 66), изменяется в зависимости от полученного на приемной пластинке изображения. Специальный прибор 7 усиливает эти изменения, и они подаются на сетку 8 электронной трубки 9. Изменение силы тока вызывает соответствующие изменения интенсивности луча в электронной трубке осциллографа. Если синхронизировать, как это делается в телевидении, движение лучей в приемной трубке и в трубке осциллографа, то на экране мы получим видимое изображение предмета, рассматриваемого в ультразвуковой микроскоп. Увеличение ультразвукового микроскопа зависит от особенностей приемной трубки 5 и трубки катодного осциллографа 9.
Согласно расчетам, в ультразвуковом микроскопе возможны увеличения в несколько десятков тысяч раз.
Для «освещения» рассматриваемого в ультразвуковой микроскоп предмета пригодны как непрерывные ультразвуковые волны, так и отдельные ультразвуковые импульсы.
Ультразвуковому микроскопу можно придать иные конструкции, сохранив принцип его действия. В одной из них ультразвуковое изображение получают на внешней поверхности пьезоэлектрической пластинки 1 (рис. 68), внутренняя поверхность которой освещается равномерно ультрафиолетовыми лучами 3. Под действием ультрафиолетовых лучей с внутренней поверхности пластинки, являющейся дном вакуумной трубки 2, вылетают электроны, которые ускоряются электрическим полем и, пройдя через специальные магнитные и электрические линзы, падают на флуоресцирующий экран 5. На экране будет видно изображение источника электронов — пьезоэлектрической пластинки 1. Выбивание электронов ультрафиолетовыми лучами зависит от величины зарядов, возникших на пластинке под действием падающих на нее ультразвуковых колебаний. Распределение интенсивности последних в свою очередь определяется тем акустическим изображением, которое получается на приемной пластинке. Поэтому на экране
