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Visualisation d'ondes ultrasonores progressives par stroboscopie acoustique

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Coherent light visualization of progressive ultrasonic waves in a transparent solid or liquid is carried out by a method which is based upon repeated Raman-Nath diffraction of light by two ultrasonic waves. Visualization of plane waves and of cylindrical waves are successively studied. The approach we propose for this last problem relies both upon the use of the stationary phase method which allows us to estimate Fresnel's diffraction integral representing light amplitude in the plane of observation, and upon the use of the eikonal approximation of geometrical acoustics which allows us to characterize the propagation of the acoustic wave. It is then possible to show that the light intensity in the plane of observation represents the amplitude distribution and the phase distribution of the acoustic field, which is thus visualized. A validity range of the analytical expression for light intensity is specified and experimental examples of visualization are given.

Sommaire

Nous visualisons en éclairement cohérent des ondes ultrasonores progressives se propageant dans un milieu liquide ou solide transparent par une méthode fondée sur une double diffraction de Raman-Nath de la lumière par les ultrasons. Nous étudions successivement la visualisation des ondes planes et des ondes cylindriques. L'approche que nous proposons pour ce dernier problème repose à la fois sur l'utilisation de la méthode de la phase stationnaire qui permet d'estimer l'intégrale de diffraction de Fresnel représentant l'amplitude lumineuse dans le plan d'observation, et sur celle de l'approximation iconale de l'acoustique géométrique qui permet de caractériser la propagation de l'onde acoustique. Nous pouvons alors montrer que l'intensité lumineuse dans le plan d'observation représente la distribution d'amplitude et la distribution de phase du champ acoustique qui est ainsi visualisé. Nous précisons le domaine de validité de l'expression analytique obtenue pour l'intensité lumineuse et nous donnons des exemples expérimentaux de visualisation.

Zusammenfassung

Fortschreitende Ultraschallwellen in einem flüssigen oder festen Medium werden bei kohärenter Beleuchtung mit einer Methode sichtbar gemacht, die auf der Doppelbeugung von Licht an Ultraschall nach Raman-Nath basiert. Es werden nacheinander die Sichtbarmachung von ebenen und zylindrischen Wellen untersucht. Der hier eingeschlagene Weg für das letztere Problem beruht auf der Anwendung der Methode der stationären Phase, welche die Abschätzung des Fresnelschen Beugungsintegrals für die Lichtamplitude in der Beobachtungsebene gestattet, sowie auf der Eikonal-Näherung der geometrischen Akustik, mit der die Ausbildung der akustischen Welle beschrieben wird. Auf diese Weise kann gezeigt werden, daß die Lichtintensität in der Beobachtungsebene die Amplituden- und Phasenverteilung des sichtbar gemachten Schallfelds darstellt. Außerdem wird der Gültigkeitsbereich des für die Lichtintensität erhaltenen analytischen Ausdrucks festgelegt, und es werden experimentelle Beispiele der Sichtbarmachung gegeben.
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Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 1978

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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