Abstract
This paper is concerned with the design of optimal surface heating patterns that result in focusing acoustic energy inside a subsurface target volume at a specified target time. The surface of the solid is heated by an incident laser beam which gives rise to shear and compressional waves propagating into the solid. The optimal heating design process aims to achieve the desired energy focusing at the target with minimal laser power densities and minimal system disturbance away from the target. The optimality conditions are secured via the conjugated gradient method and by the finite element method along with using the half-space Green's function matrix. Good quality energy focusing is achived with the optimal designs reflecting the high directivity of the photothermally generated shear wave patterns.
주어진 시간에 금속 고체 내부의 목표 부위에 탄성에너지를 집중시킬 수 있도록 표면에 가해주는 최적의 레이저 pulse의 형태를 디자인 하는 문제에 관하여 연구하였다. 금속고체 표면에 레이저를 쪼여주면 흡수된 광에너지가 열로 바뀌어 열팽창에 의하여 종파와 횡파가 고체 내부로 전파된다. 최소의 레이저의 세기를 사용하고 다른 부위에 영향을 최소화하면서 목표 부위에 원하는 에너지를 집중시킬 수 있는 최적의 레이저 펄스의 형태를 공액 변화 방법과 반 공간 Green 함수를 이용한 유한 요소법으로 조사하였다. 최적의 레이저 펄스로부터 원하는 시간에 목표 부위에 탄성에너지를 집중시키는 것을 보여주었고 또한 대부분의 에너지가 방향성이 큰 횡파로부터 온다는 것을 알았다.