Основной проблемой тут было преобразование акустических сигналов в видимую картинку. Дефектоскоп просто выдавал сигнал, микроскоп же должен был иметь на выходе изображение. Первый метод, предложенный Соколовым в 1935 году, назывался методом поверхностного рельефа. Исследуемый объект погружался в жидкость (потому что жидкость это лучшая, чем воздух, среда для распространения акустических волн), и снизу на него воздействовали ультразвуком. В зоне выхода отражённых или преломлённых акустических сигналов из жидкости на поверхности создаётся давление звукового излучения, пропорциональное интенсивности звука. На ту же поверхность направляется опорная волна аналогичной частоты происходит интерференция волн и образуется стоячая волна. Если осветить эту зону пучком когерентных световых волн, его отражение на экране сформирует изображение объекта, через который прошли ультразвуковые волны, такой метод называется акустической голографией. По теме поверхностного рельефа в 1935 году Соколов защитил докторскую диссертацию она называлась «Ультраакустические колебания и их применение». Другой, более поздний метод визуализации, предложенный Соколовым в 1941 году, имел в своей основе электронно-лучевую трубку. Именно прибор с электроакустической трубкой Соколов сам называл акустическим микроскопом.
Правда, из-за войны Соколову пришлось приостановить исследования он сосредоточился на дефектоскопии и, в частности, предложил применять свои приборы для проверки склейки самолётных крыльев и фюзеляжей (за эту работу он в 1945 году получил орден Красного Знамени). В середине сороковых он вернулся к теме ультразвукового микроскопа и довёл систему с ЭЛТ до рабочего состояния, получив в 1948 году авторское свидетельство, а в 1951-м Госпремию.
Соколову повезло ещё и с тем, что его дефектоскопы и микроскопы не остались засекреченной разработкой. После советского авторского свидетельства на дефектоскоп (1936) Соколов получил также патент Великобритании 477139 (1937) и патент США 2164125 (1939). Публикации учёного переводились на другие языки, а после войны он побывал в нескольких европейских командировках и выступал с докладами по теме «звуковидения», как это называлось в те годы. Американский патент Соколова, к слову, впоследствии многократно цитировался и использовался в патентах других изобретателей, в последний раз в 1997 (!) году.
Но если дефектоскоп практически сразу после изобретения стал широко используемым прибором, то с ультразвуковым микроскопом Соколов серьёзно опередил своё время.
Прошлое и настоящее
Общий принцип ультразвукового микроскопа, представленного Соколовым в 1948 году, заключался в следующем. Пьезоэлектрическая кварцевая пластинка генерирует пучок ультразвуковых волн, которые отражаются от исследуемого предмета и через акустическую линзу попадают на вторую, приёмную пьезоэлектрическую пластинку. Последняя представляет собой дно катодно-лучевой трубки. Под действием ультразвука пластинка деформируется, и на внутренней её стороне возникают электрические заряды, а их распределение повторяет «звуковое изображение». Это изображение сканируется электронным катодным лучом, а упомянутые заряды влияют на испускание вторичных электронов. Выбитые катодными лучами электроны улавливаются анодом, ток с которого усиливается и передаётся на модуляционное устройство второй катодной трубки, работающей своего рода кинескопом и выводящей изображение на экран.
Коэффициент увеличения акустического микроскопа Соколова напрямую зависел от отношения линейных размеров катодных трубок, а разрешающая способность изображения, как уже говорилось ранее, от длины волны: чем она меньше, тем более качественное изображение можно получить.
Тут крылась проблема. Ни в 1930-е, ни в 1940-е годы не было технологий, позволявших генерировать акустические волны частот настолько высоких, чтобы акустический микроскоп имел смысл. Частот, генерируемых пьезоэлектрической пластинкой, было достаточно для обнаружения внутренних дефектов в стали, но катастрофически не хватало для микроскопии. Построенные Соколовым модели имели увеличение в 1015 раз и это был предел. С проблемой генерации высокочастотного ультразвука Соколов бился вплоть до самой своей смерти, последовавшей в 1957 году. Он опубликовал множество других исследований, в частности по дифракции света, в 1952 году основал электрофизический факультет ЛЭТИ, стал членом-корреспондентом АН СССР, но своё главное изобретение так и не довёл до практического применения.
Тем не менее результаты исследований и публикации Сергея Соколова были доступны множеству учёных по всему миру, и потому его знамя подхватили другие. Вскоре после смерти Соколова, в том же 1957 году, вышла работа Константина Баранского «Возбуждение в кварце колебаний гиперзвуковых частот», давшая начало новым технологиям получения высокочастотного ультразвука. Баранский стал пионером в области генерации и приёма гиперзвука (частоты до 1 гигагерца), и кстати, на момент написания этой главы он ещё здравствует, хотя ему исполнилось уже 97 (!) лет. До 2016 года Баранский работал профессором кафедры полимеров и кристаллов физфака МГУ. Аналогичные работы вели также немецкие и американские учёные.