激光超声作为一种新兴的多学科交叉的超声无损检测技术诞生于20世纪60年代，在国内外对其进行了广泛研究。相对于传统超声检测技术，激光超声具有较高的时间分辨率和空间分辨率，具有非接触检测，产生的超声波波形丰富、频带宽等优点。激光超声研究的是利用激光来激发和检测超声，并利用超声的传播特性进行材料参数及结构特征等信息的反演。对脉冲激光进行时间和空间上的调制，可激发出不同带宽、多种模式的超声信号。根据脉冲激光功率密度的大小，其激发机制主要有热弹激发机理和烧蚀激发机理两种［48－51］。

如图2－9所示，当激光照射到工件上，由于表面吸收了激光的能量，温度将会迅速上升，但是功率密度还没有达到材料的损伤阈值，只相当于在材料表面有个热源。由于金属表面为自由状态分布，同时材料内部晶格的动能也有所增加，但还在一定的弹性限度之内，这种激励方式为热弹机制［52，53］。在热弹机制下，超声信号幅值随着入射的脉冲激光能量增大而增大，同时激光能量较低，不会损伤待测工件表面，属于真正的无损检测技术。为了提高热弹机制下的激发效率，通常采用光源调制技术对激光进行调制，而且对待测工件表面进行处理。

图2－9 热弹机制示意图

如图2－10所示，当功率密度增大，达到工件损伤阈值时，材料表面开始逐渐融化、汽化，以等离子体的形式从材料表面离开，产生一种与材料表面垂直的作用力，从而产生应力波（超声波），这种机制称为烧蚀机制［54，55］。烧蚀机制下激发效率较高，可以获得较大幅值并获得容易检测的超声信号，但是过大的能量会导致待测工件表面损伤，不是真正意义上的无损检测。

图2－10 烧蚀机制示意图(www.daowen.com)

激光超声激励技术的关键在于合理选择激励激光器和光学调制方法来改善超声信号特征，提高超声波激发效率，产生波形丰富的超声信号。

对激光器分类，按照工作物质可分为：气体激光器、固体激光器、液体激光器、化学激光器和半导体激光器等；按工作方式可分为连续激光器与脉冲激光器。其中由于Nd：YAG（掺钕钇铝石榴石）脉冲激光器具有较高的激发效率和光电转换效率，所以成为激光超声领域最常用的激光光源。

由于光学调制方法中的时间调制方法不仅成本高昂而且过程复杂，所以一般采用空间调制方法对脉冲激光进行调制。空间调制方法比较简单，将激光束通过柱面透镜聚焦形成线源激光，也可以通过透镜组聚焦形成点源激光来达到改善超声信号特征的目的。

由于激光超声信号产生的波形复杂，在固体中传播能量衰减快并且信号幅值微弱，因此激光超声信号的检测技术需要具备宽频带、高分辨率的特点。

目前，激光超声的检测技术主要有接触式检测和非接触式检测两大类。接触式检测一般采用换能器来接收超声信号，如压电超声换能器、电磁超声换能器等，通过耦合剂与样品接触，可以获得较高的信号幅值。非接触式方法一般采用光学方法接收超声信号，可分为干涉法和非干涉法。非干涉法包括光偏转检测法、表面栅格衍射检测法，干涉法包括速度干涉法、共焦Fabry－Perot干涉法、外差干涉法等，但是非接触式方法一般获得的信号幅值比较低。