传统激光超声合成孔径聚焦技术（LU-SAFT）通常需要在待测样品表面以小步长扫描来提高横向分辨率，但小扫描步长会导致总检测时间过长，影响检测效率。针对这一问题，笔者提出了基于压缩感知的LU-SAFT方法，以提升扫描效率。该方法首先使用压缩感知根据稀疏扫描点处A扫信号的最大强度恢复出全场的扫描点A扫信号最大强度，进而确定样品表面的最优扫描区域，然后在最优扫描区域内进行扫描，最后对缺陷进行SAFT图像重建。在实验中，笔者采用脉冲激光在含有缺陷的样品表面激发超声，使用激光多普勒测振仪探测超声，并利用基于压缩感知的LU-SAFT方法对样品内部缺陷进行检测，以验证所提方法的可行性。实验结果显示：针对相同的扫描区域，传统LU-SAFT需要扫查500个点，花费3.15 min；与传统LU-SAFT相比，本文所提方法在扫描点数上减少了80%，在扫描时间上缩短了80%，并且缺陷的SAFT成像信噪比提高了约42%。本文研究内容及结果可为激光超声无损检测提供更快速的检测方案。

水下目标的有效探测是认知海洋的前提与关键。本文介绍了一种可用于空-水跨介质探测成像的激光致声合成孔径聚焦技术。分别建立激光源阵列中心聚焦及偏转聚焦的有限元仿真模型，进而模拟激光致声合成孔径聚焦探测过程，采用相位迁移算法对模拟的激光致声信号进行探测图像的重构。采用均方误差与峰值信噪比对图像质量进行评价。搭建了空气-水下激光致声探测实验系统，通过分析水中钢球经衍射后的声波能量变化，计算出了其平均能量损失率。利用合成孔径延时叠加波束形成方法实现了声波能量在目标处的汇聚及增强，为水下目标探测提供了一种新的实现途径。

通过分析脉冲源激光辐照于工件表面激发的多模式、宽带超声体波信号并结合合成孔径聚焦技术(SAFT),实现了对工件内部微小缺陷的检测、定位和成像。首先基于有限元仿真模拟了激光激发超声波在含缺陷样品中的传播过程,编写了基于相移迁移法(PSM)的SAFT成像算法,然后在实验中使用激光在含缺陷样品表面激发超声波,使用激光测振仪探测超声波,并基于已有算法和探测结果对样品内缺陷进行了检测和定位,以验证算法的正确性。有限元仿真以及实验结果均表明,将激光超声技术与频域SAFT-PSM结合,能够有效地对微小缺陷进行检测和定位,且其图像重构速度快于时域SAFT,可为激光超声无损检测提供更快速的实时技术方案。

针对厚钢板内部缺陷的检测问题, 利用合成孔径聚焦技术(SAFT)实现了厚钢板样品内部缺陷的定位及成像。移动脉冲激光线源在样品内激发超声纵波, 利用激光测振仪在固定点探测得到超声时域B扫描信号, 从时域信号中提取缺陷反射的纵波回波, 对样品内部缺陷进行成像。使用有限元方法对该成像过程进行数值模拟, 并通过实验对其进行验证, 所获得的实验结果与数值计算结果一致。采用这一缺陷成像方法可在缺陷回波信噪比较低的情况下实现缺陷检测, 并且过程简便, 在激光超声检测领域具有应用价值。