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Extension of Light-diffraction Tomography beyond the Weak Acousto-Optic Interaction

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The technique of light-diffraction tomography for the mapping of ultrasound fields used so far was restricted to weak acousto-optic interactions. Under this restriction a straight line propagation of the light beam within the sound field could be assumed and additional optical phase shifts could he omitted.

In this paper, a method is described which considerably exceeds the validation limits of the former approach. The criteria for the range of applicability of this extended technique are discussed in detail and verified experimentally. Special attention is devoted to the occurrence of additional optical phase shifts which play a major role in the data acquisition and evaluation. Depending on I he width of the ultrasound beam, the extended measurement technique makes possible sound field investigations in the frequency range up to about 20 MHz.

Zusammenfassung

Die bisher angewandte Technik der beugungsoptischen Tomographie zur Darstellung von Ultraschallfeldern war auf schwache akustooptische Wechselwirkung beschränkt. Unter dieser Einschränkung konnte von einer geradlinigen Ausbreitung des Lichts innerhalb des Schallfeldes ausgegangen und zusätzliche optische Phasenverschiebungen vernachlässigt werden.

In dieser Arbeit wird eine Methode beschrieben, die die Gültigkeitsgrenzen der früheren Nährung deutlich äberschreitet. Die Kriterien für den Anwendungsbereich der erweiterten Technik werden ausführlich diskutiert und experimentell bestätigt. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem Auftreten von zusätzlichen optischen Phasenverschiebungen gewidmet, die eine Hauptrolle bei der Datenerfassung und -auswertung spielen. Abhängig von der Tiefe des Ultraschallbündels ermöglicht das erweiterte Meßverfahren Schallfelduntersuchungen in einem Frequenzbereich bis etwa 20 MHz.

Sommaire

La technique de tomographie à diffraction de lumière utilisàe jusqu'ici pour la cartographie de champs ultrasonores était restreinte aux interactions acousto-optiques faibles. Avec cette restriction, on pouvait faire l'hypothèse que la lumière se propageait en ligne droite dans le champ acoustique et l'on pouvait négliger les décalages de phases optiques supplémentaires.

Dans ce papier, nous décrivons une méthode qui étend largement les limites de validité de la précédente approche. Les critères fixant le domaine d'applicabilité de cette technique étendue sont discutés en détail et vérifiés expérimentalement. On porte une attention particulière à l'apparition de déphasages optiques, qui jouent un rôle majeur dans l'acquisition des données et leur exploitation. Suivant la largeur du faisceau ultrasonore, la nouvelle technique de mesure permet l'analyse du champ acoustique sur un intervalle de fréquencies s' étendant jusqu'à près de 20 MHz.
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Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 1995

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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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