Бессонова О.В., Хохлова В.А. «Влияние начальной аподизации ультразвукового поля на нелинейно-дифракционные эффекты в мощных сфокусированных пучках» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 24-26 (2006)

Численно исследуются процессы нелинейной фокусировки для двух предельных случаев поршневого (без аподизации) и гауссовского источников с целью предсказания и достижения предельных значений коэффициентов концентрации и предельных уровней различных параметров ультразвукового поля фокусирующих систем.

Сухорукова А.К., Сухоруков А.П. «Отражение фокусированных пучков от оптического параметрического зеркала» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 3. "Когерентная, нелинейная и волоконная оптика", с. 92-94 (2006)

В последнее время открылись новые возможности применения трехчастотных векторных взаимодействий для полностью оптического переключения волновых пучков через механизм параметрического отражения. Для его реализации в квадратично-нелинейную среду надо подать мощный пучок накачки и наклонную сигнальную волну. При их пересечении генерируется холостая волна на суммарной (разностной) частоте. При выполнении фазового синхронизма энергия сигнальной волны может почти полностью перейти к холостой волне, которая выходит из пучка накачки под другим углом. В этом случае переключение направления распространения сопровождается изменением частоты. Мы рассматриваем менее тривиальный механизм параметрического отражения при введении большой расстройки волновых векторов.

Бобкова С.М., Хохлова В.А. «Расчет пространственного распределения температуры в фокальной области ультразвукового излучателя для дистанционного контроля теплового воздействия на биологические ткани» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 7. “Спектроскопия, диагностика и томография неоднородных сред”, с. 78-80 (2006)

Для медицины представляет большой интерес проведение неинвазивных, т.е. без обычного хирургического вмешательства, операций при лечении онкологических заболеваний. Одним из способов решения этой задачи является облучение опухоли мощным фокусированным ультразвуком. Одной из самых важных проблем при этом является наблюдение в режиме реального времени за проведением подобных операций, визуализация облучаемой области и контроль температуры внутри нее.

Конопацкая И.И., Миронов М.А., Пятаков П.А., Фатеев В.О. «Измерение производительности акустического фонтана» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 54 (2017)

Проведено экспериментальное исследование акустического фонтана, вызванного акустическим полем фокусирующего излучателя. Показано, что производительность акустического фонтана пропорциональна акустической мощности

Анненкова Е.А., Сапожников О.А., Саймон Д., Крайдер У. «Акустическая нелинейность как механизм взрывов жидких капель в акустических фонтанах» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 56 (2017)

При фокусировке интенсивного ультразвукового пучка на границу жидкость-воздух возникает явление «акустического фонтана», заключающееся и том, что под действием радиационного давления ультразвука с поверхности вырывается струя жидкости. Скоростная съёмка показывает, что в некотором диапазоне интенсивноcти струя имеет вид движущейся вверх цепочки из сферических капель, которые на некоторой высоте взрываются. В работе исследуются возможные физические механизмы этого эффекта. Рассматривается модель акустически возбуждённой капли. Теоретический анализ основан на квадратичном приближении волнового уравнения для акустического давления в жидкости. Решение ищется в виде суперпозиции гармоник, представляющих собой сферические стоячие волны на резонансных частотах сферической области с акустически мягкой границей. Выведена система связанных дифференциальных уравнений первого порядка для медленно изменяющихся амплитуд гармоник и создан конечно-разностный численный алгоритм для её решения. В результате численного моделирования проанализирована эволюция амплитуд гармоник в капле со временем и на этой основе выявлены закономерности нелинейного искажения пространственно-временной структуры акустического поля в капле. Показано, что для параметров, соответствующих экспериментам с акустическими фонтанами, акустическая нелинейность приводит к значительному повышению пиковых акустических давлений и связанному с этим усиленному тепловыделению в малой области вблизи центра капли. Для анализа соответствующего температурного поля построен алгоритм решения уравнения теплопроводности и с его использованием рассчитан прирост температуры в пределах капли. Оказалось, что, несмотря на заметное усиление диссипации в центре капли по сравнению с линейным случаем, эффект теплопроводности приводит к тому, что нагрев центра капли не превышает долей градуса. В то же время, нелинейное усиление пикового оказалось довольно существенным: моделирование показало, что в процессе нелинейной эволюции акустического поля достигаются отрицательные давления в десятки и даже сотни мега пас кале и, что превышает порог прочности жидкости на разрыв. Поведённый анализ позволил сделать вывод о том, что основным акустическим механизмом взрывов капель является разрыв жидкости в центре капли (кавитация) под действием высоких отрицательных давлений, вызванных нелинейными процессами.

Дерябин М.С., Касьянов Д.А., Курин В.В. «Отражение интенсивных сфокусированных акустических пучков от акустически мягкой границы» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 58-59 (2017)

Исследуются нелинейные эффекты в интенсивных сфокусированных акустических пучках отражённых от акустически мягкой границы. Для проведения экспериментов использовалась экспериментальная установка, созданная на базе измерительного комплекса фирмы Precision Acoustics (Ultrasound Measurement System Control Centre). Для регистрации акустических сигналов применялись миниатюрные оптоволоконные гидрофоны (Fibre-optic Hydrophone System фирмы Precision Acoustics), которые обладают широким частотным и динамическим диапазоном. Для излучения использовался фокусирующий излучатель фирмы Olympus, имеющий рабочую частоту 1 МГц и фокусное расстояние 16 см. В качестве акустически мягкой границы использовалась граница раздела вода-воздух. Исследованы основные закономерности отражения сфокусированных акустических пучков от мягкой границы. Показано, что основным параметром, определяющим трансформацию профиля волны в отражённом пучке, является взаимное положение отражающей границы по отношению к фокальной области излучателя. При совмещении фокальной плоскости излучателя с поверхностью воды, можно получить заметное увеличение интенсивности акустического поля в отраженном акустическом пучке по сравнению со случаем фокусировки в «безграничной среде».

Гурбатов С.Н., Дерябин М.С., Касьянов Д.А., Курин В.В. «Экспериментальное исследование распространения интенсивных узкополосных шумовых пучков» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 59 (2017)

Экспериментально исследованы нелинейные эффекты, возникающие при распространении интенсивных узкополосных шумовых пучков. Специально созданная экспериментальная установка позволяет излучать в среду шумовые акустические сигналы с заданными характеристиками и регистрировать их по мере распространения в широком частотном диапазоне. Экспериментальная установка создана на базе автоматического акустического измерительного комплекса фирмы Precision Acoustics (Ultrasound Measurement System Control Centre), позволяющего позиционировать гидрофон и излучатель с абсолютной точностью не менее 6 мкм. Для регистрации акустических сигналов использовался мембранный PVDF-гидрофон, имеющий калибровку от производителя в диапазоне частот до 40 МГц. При этом неравномерность характеристики чувствительности в данном диапазоне частот не превышает 20%. Для излучения шумовых импульсов использовался излучатель Olympus, имеющий добротность около трёх. Рабочая частота излучателя 2 МГц. Характерный уровень акустического давления на апертуре излучателя составлял 1 МПа. В результате экспериментов показано, что форма спектра сигнала по мере распространения шумового импульса трансформируется к универсальной структуре.

Шипилов К.Ф., Крутянский Л.М. «Фокусировка расходящегося ультразвукового пучка периодической 2D структурой в два фокуса» Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН), 44, № 9, с. 17-24 (2017)

Предварительно сфокусированный (сферически расходящийся) ультразвуковой пучок был направлен на структуру металлических стержней, имеющую двумерную периодичность и ограниченную отражающими поверхностями в измерении, в котором эта периодичность отсутствовала. Для частоты ультразвука, взятой на верхней границе полосы "прозрачности'' структуры, было получено расщепление акустического изображения объекта-фокуса в два максимума, расположенных вдоль направления однородности образца

Мездрохин И.С., Юлдашев П.В., Хохлова В.А. «Оценка точности численного описания дифракционных эффектов в сильно фокусированных ультразвуковых пучках с использованием различных параболических моделей и способов постановки граничного условия» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Описан алгоритм численного моделирования ультразвукового пучка, создаваемого аксиально-симметричным излучателем, с использованием широкоугольного приближения теории дифракции. Проводится сравнение результатов моделирования для сильно фокусирующего излучателя, полученных на основе следующих моделей: решения дифракционной задачи с помощью интеграла Рэлея; параболического приближения теории дифракции; параболического приближения с модификацией граничного условия; широкоугольного приближения с использованием различных способов задания граничного условия.

Росницкий П.Б., Гаврилов Л.Р., Юлдашев П.В., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «О возможности применения многоэлементных фазированных решеток для ударно-волнового воздействия на глубокие структуры мозга» Акустический журнал, 63, № 5, с. 489-500 (2017)

Метод неинвазивной ультразвуковой хирургии с использованием многоэлементных фокусирующих фазированных решеток уже успешно применяется для разрушения опухолей и проведения нейрохирургических операций в глубоких структурах мозга человека. В то же время был выявлен ряд недостатков существующих систем, ограничивающих возможности их клинического использования: большие размеры решетки полусферической формы, невозможность ее механического перемещения относительно головы пациента, ограниченная область динамической фокусировки в области центра кривизны решетки и опасность перегрева черепа при тепловом воздействии. В работе исследуется возможность использования решеток с меньшими геометрическими размерами и меньшим углом раскрытия для реализации ударно-волновых режимов теплового и механического (гистотрипсия) воздействия на ткани мозга, что потенциально позволит преодолеть указанные недостатки и расширить возможности транскраниальной ультразвуковой хирургии. Задача рассматривается с учетом существующих на сегодняшний день технических ограничений по интенсивности на элементах решетки.