Laser generation and reception of ultrasound is a frequently used tool for nondestructive testing applications. However, thick parts pose a significant challenge to the laser ultrasonic applications, especially for the methods, which require the ultrasound to travel twice the thickness of the specimen, for example, pulse-echo ultrasonic propagation imaging systems; this is because of the increased attenuation as well as the impact of material anisotropic property for the thick composite cases. In this thesis, we experimentally investigate the effects of laser pulse energy, laser beam size, laser pulse width, and laser incidence angles on the laser-induced pulse-echo ultrasound wave and their interrelationships to the inspection depth. Our experimental result revealing that the strength of the amplitude of the direct and the reflected ultrasound waves of the acquired 1D longitudinal wave is directly related to those parameters and to the inspection depth. The proof-of-concept has been done on composite specimens, where at the same fluence the amplitude of the longitudinal wave increased without causing surface damage to the part under test (thermoelastic regime), by increasing the beam size. The amplitude enhancement would significantly increase the propagation depth and make the full-field pulse-echo ultrasonic propagation imaging system feasible to optimize the thick composite part scanning parameters in the measurement setup in the sense that the generation efficiency improved without causing surface damage to the part under investigation and noise due to the incidence angle minimized. However, in order to keep the same fluence, a larger beam size usually requires a higher laser power, a fact that makes the system a little bit costly.
레이저로 초음파를 유도하고 그것을 획득하는 방식은 비파괴검사 분야에서 자주 사용되는 검사 기법 중 하나이다. 그러나 두꺼운 시편의 경우에는 초음파가 시편의 두께 방향으로 왕복하기 어렵기 때문에 레이저 유도 초음파를 사용하기 어렵다. 그 예로 펄스-에코 초음파 전파 영상화 시스템을 들 수 있는데, 비등방성을 띄는 두꺼운 복합재 시편의 경우에는 초음파의 감쇠가 빠르게 일어나기 때문에 이 시스템으로는 검사하기 어려운 점이 많다. 따라서 본 학위 논문에서는 레이저 펄스 에너지, 빔 사이즈, 펄스 폭 그리고 입사각이 레이저 유도 초음파와 그것을 이용한 검사 가능 두께에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다. 실험 결과에 의하면 입사 및 반사된 초음파의 세기는 앞서 언급한 매개 변수들과 검사 두께에 직접 관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 복합재 시편에 대한 개념 입증 실험을 수행하였는데, 표면 손상이 발생하지 않는 범위에서 레이저 진폭을 증가시켰고 이때 레이저 유속을 일정하게 제한하기 위해 빔 사이즈 역시 함께 증가시켰다. 진폭을 증가시키면 초음파 전파 깊이가 눈에 띄게 향상되는데, 이러한 사실을 바탕으로 전영역 펄스-에코 초음파 전파 영상화 시스템이 두꺼운 복합재 시편을 검사하는 경우에 대해 검사 매개 변수들을 최적화할 수 있게 되었다. 매개 변수 최적화의 목적은 레이저 유도 초음파의 두께 방향 전파 효율을 최대화하는 것이고, 이때 시편의 표면에 손상이 발생하지 않아야 하며 입사각에 의한 잡음이 최소한으로 줄여야 한다. 그리고 레이저 유속을 일정하게 유지하기 위해서는 더 큰 빔 사이즈를 사용해야 하므로 높은 레이저 출력이 요구되고, 이는 시스템 운용 비용의 증가로 이어지게 된다.
