激光超声无损检测技术主要研究的是激光激发超声的原理、方法和技术，随后超声在介质里传播特性，激光超声接收的原理、方法以及该技术的应用，是目前无损检测技术和材料特性评价领域中的热门课题之一[10,11]。20世纪 80 年代以来，有关方面的工作一直持续着，围绕激光超声的产生和传播过程，进行了大量理论和实验研究，通过多种解析方法和数值方法对数学模型进行修正和完善，随后使用相应检测方法对激光超声与材料相互作用的过程以及所获得超声信号进行分析，也有不少发展。众多国内外学者主要从以下三个方面做研究工作：激光超声的理论研究（包括理论模型的建立与分析、数值仿真模拟和实验验证等）；超声的接收检测方法研究；超声技术的应用研究。67771

1 理论研究现状

     激光超声的模型建立是十分复杂的，因为需要分别考虑光源是点状还是线状、样品是否各向同性及其热弹耦合机制等，当前的理论研究水平还不能给出完善的激光超声的波动方程，只能结合具体情况具体分析。在数学建模方面，很多工作都采用简化模型，只给出近似解析解或数值解。 

     激光热弹激发超声的早期理论研究多是应用弹性理论，把激光的作用直接等效成一个表面弹性力源，而忽略介质的热扩散效应。在Scruby[12]等人的研究基础上，Sinclair[13]用格林函数法解出在半空间介质对心处表面应力位移的表达式。Scruby 等人验证，热弹机制下，激光热效应是表面膨胀力的力源，并把激光源当作单纯的机械力源，进而在Sinclair的理论模型基础上首次提出激光超声的点源模型。通过积分变换方法，Rose[14]求解出弹性半空间介质处点源严格的数学表达式；忽略激光源在介质内部的热扩散效应，将其近似看作一个表面中心扩展力源，并证明了早期推论。同样，Bernstein 和Spicer[15]对激光线源二维激发的情况进行相应的分析研究。通过表面扩展力源模型预测的超声波主要特征，和聚焦激光点源及短脉冲激光源的实验结果有相一致的结论[16,17]。论文网

     Doyle[18]考虑到试样因吸收激光能量而产生热扩散效应，首次对金属板材中热扩散效应进行数值分析，并将该效应看成是介质内部产生的体力源。应用数值分析法研究激光激发超声，主要是将激光脉冲点源叠加成为表面扩展力源从而模拟激光脉冲的空间分布，此类方法的主要困难是不易求解热弹耦合方程，计算量过大，且由于忽略激光脉冲点源的时间强度分布，因此仍无法准确建立激光超声的理论模型，故难以应用于实际。

     对半无限空间的介质，在进行激光热弹激发超声的理论研究时，常采用解析计算方法求解热弹方程，诸如格林函数法、本征函数展开法和积分变换法等。借助点源模型的格林函数法，把激光的热效应简化成为表面力源，故不能精确地描述激光超声模型。本征函数法适用于薄板状材料中Lamb波的分析，随着板厚度增加，需考虑高频分量，计算将十分复杂。积分变换法建立的模型简单，计算量较小，热弹方程的变换解较易求得，但其与真实的高斯激光脉冲还是有较大差别。

    近年来，利用有限元方法开展的激光超声传播研究使得数值模拟技术逐渐发展起来，该技术能准确模拟复杂几何构形中的声场分布，也能对介质中某一点的位移波形进行较为精准的描述[19]。Kass 等人借助有限元方法对单层铜材料中激发的超声信号进行了研究。Lee[20]等人通过使用有限元方法研究激光激发的Lamb波，并讨论了网格划分对应力场和温度场的影响。Jeong[21]等人建立了在弹性材料中激光线源激发超声的理论模型，研究仿真了超声波传播和声波与材料表面缺陷相互作用。Zhou Shiwei[22]等借助激光扫描技术，在热弹机制下实现高频率、高密度超声阵列成像，并用有限元分析软件研究了感光材料、激光点源尺寸、激光渗透深度及热弹耦合介质的影响。Yang Chehua[23]使用有限元方法研究了沿具有两个顶点且非轴对称的双线型楔体顶端激光超声的传播。国内学者许伯强[24]、何跃娟[25]、关建飞[26]基于热弹机理，应用有限元方法成功研究了管状材料和双层材料的瑞利波、声表面波、兰姆波及表面缺陷情况。通过有限元方法可以得到全场数值解，适用于激光非轴对称照射情况管状材料等复杂结构的超声传播。