Simulation of photoacoustic wave generation and propagation using finite integration technique and its experimental validation

材料表面にレーザーを照射すると，光音響効果によって構造部材の内部に光音響波 (超音波) が発生する．これは，短時間にパルスレーザー光が作用することで急激な熱応力の変化が生じ，応力波として伝搬するためである．本研究では，光音響波の発生と伝搬を数値的にモデル化し，実験によって数値モデルの妥当性を確認することを目的とする．ここでは，有限積分法のスキームを用いて，熱伝導問題と波動問題を連成して解くことを試みる．超音波非破壊検査の水浸試験において水中でレーザーを照射する場合を考え，固体と液体の界面を含む波動場を想定して伝搬シミュレーションを実施した．レーザーを被検体表面に直接照射する場合と，水中から照射する場合では，発生する縦波の強度が異なることが示された．光音響波の計測実験でも同様の現象が観察され，有限積分法による数値解析は現象を良好に模擬することができた．