光声效应

光声效应或光声效应是材料样品吸收光后形成的声波。 为了获得这种效果，光强必须周期性地（调制光）或单次闪光（脉冲光）变化。 通过使用适当的检测器（例如麦克风或压电传感器）测量形成的声音（压力变化）来量化光声效应。 来自这些检测器的电输出（电流或电压）的时间变化是光声信号。 这些测量值可用于确定所研究样品的某些特性。 例如，在光声光谱学中，光声信号用于获取不透明或透明物体对光的实际吸收。 它对极低浓度的物质很有用，因为来自激光的非常强的光脉冲可用于提高灵敏度，而非常窄的波长可用于特异性。 此外，光声测量在光化学反应（参见：光化学）中放热的研究中作为一种有价值的研究工具，特别是在光合作用的研究中。

最普遍地，任何种类的电磁辐射都可以产生光声效应。 这包括整个电磁频率范围，从伽马辐射和 X 射线到微波和无线电。 尽管如此，许多利用光声效应的报道研究和应用都与近紫外/可见光和红外光谱区域有关。

通过他的发明，称为光电话，他通过将太阳光从移动的镜子反射到硒太阳能电池接收器来传输声音信号。 作为这项调查的副产品，他观察到声波是直接从固体样品中产生的，当暴露在阳光下时，阳光会被旋转的有槽轮迅速阻断。 他注意到产生的声学信号取决于材料的类型，并正确地推断出这种效应是由吸收的光能引起的，随后会加热样品。 后来贝尔表明，暴露在太阳光谱的不可见（紫外线和红外线）部分的材料也可以产生声音，并发明了一种他称之为分光器的装置，将这种效应应用于材料的光谱识别。 贝尔本人以及后来的约翰廷德尔和威廉伦琴扩展了这些实验，证明了在液体和气体中的相同效果。 然而，结果过于粗糙，依赖于耳朵检测，这种技术很快就被放弃了。 光声效应的应用不得不等到敏感传感器和强光源的发展。

虽然吸收辐射的热效应被认为是光声效应的主要原因，但 1978 年的研究表明，光化学反应产生的气体释放也会引起光声效应。 独立地，考虑到来自植物叶片的光声信号的明显异常行为，这不能仅仅通过激发光的加热效应来解释，导致人们认识到光合氧气释放通常是光声信号的主要贡献者。

尽管有关该主题的许多文献只关注一种机制，但实际上有几种不同的机制可以产生光声效应。 主要的通用机制是光热，基于光的热效应和随之而来的光吸收材料的膨胀。 详细来说，光热机制包括以下阶段：

将吸收的脉冲或调制辐射转化为热能。

• 吸收辐射的位置的温度随时间变化——随着辐射被吸收而上升，当辐射停止和系统冷却时下降。
• 这些温度变化后的膨胀和收缩，转化为压力变化。 压力变化发生在光被吸收的区域，在样品体内传播，并且可以被直接耦合到样品体内的传感器感测到。 通常，对于凝聚相样品（液体、固体）。