色散傅里叶变换波谱学

傅里叶变换波谱仪(FTS)是一种新型的波谱仪器,它是由信号源、干涉仪、探测器和计算机构成的.其干涉仪通常是迈克耳逊干涉仪,样品放在探测器的前面.如果把样品放在干涉仪的一个臂中,就构成了色散傅里叶变换波谱仪(DFTS).这是1963年由Chamberlain开创,在70年代飞速发展起来的新技术.这两项技术都使用双束干涉仪和宽频带信号源.它们的共同基础是:当干涉仪中两束光的程差变化时,探测器所记录的干涉信号,是投射到它的功率谱的傅里叶变换.这样,一个未知谱就可以从测得的干涉图通过数学计算得到. 在PTS中样品造成的相移存在于干涉仪的两束波中…     

散射光声探测技术及其成像方法

为了实现强散射样品的光声显微成像,提出了一种散射光声显微成像新技术。利用散射光声效应原理,成功设计研制了散射光声探测器。散射光声探测器由散射光声腔、耦合腔、微通道以及微音器组成。利用该探测器探测样品的散射光声信号,然后结合共焦扫描成像技术实现了强散射样品的光声显微成像,获得了二氧化硅微球和口腔上皮细胞等各种不同散射样品的光声显微图像。实验结果表明,散射光声显微成像技术可以极大地改善图像对比度和增强图像边缘,对于工业、大气等方面的微粒直径测量具有重要的应用意义。     

实验技术共焦扫描光声层析成像技术的研究

报道了一种新的光声层析成像技术--光声傅里叶变换共焦扫描成像技术.并用该技术获得了强散射物质(生物组织)的层析图像,纵向分辨能力小于0.1mm,横向分辨率小于4mm.     

基于声透镜的三维光声成像技术

基于声透镜的光声成像系统中, 由样品的光声压分布等效样品的吸收分布, 进行光声像重建, 但之前的这种等效是一种近似, 理论上并不准确. 本文阐述了声透镜三维光声成像的基本原理, 揭示了声透镜像面上光声压信号的时间分布与样品轴向吸收分布之间的关系; 提出用积分法和希尔伯特变换提取光声信号瞬时值法, 解调样品吸收系数分布并重建光声像; 实验上, 对不同样品分别用积分法和希尔伯特变换法获取样品的吸收系数, 重建光声像的横向和轴向分辨率均约为1 mm, 实现了真正的三维快速光声成像.     

光热偏转谱术

本文介绍一种基于光声（热）原理的光吸收测量新技术．当某调制光被物质吸收时会产生热量，因而被测样品及周围介质巾产生相应的温度场．当探测光掠过或穿过此温度场时将被偏转．用位置灵敏探测器接锁相放大器测出探测光的偏转量，从而计算出样品的微弱吸收．此法比现有常用的透射法灵敏度高３—６个数量级，是研究薄膜材料光热性能十分重要的手段．     

多组分变压器油溶解气体的傅里叶变换红外光声光谱定量检测

油中溶解气体是表征充油型变压器早期故障的重要特征量之一,其组分和含量的高精度检测在变压器运行状态评估和故障预警中拥有重要的研究意义。光声痕量气体检测技术作为一种光学检测手段,具有无损、高检测灵敏度、大动态范围和样品无需前处理等优点,有望实现多种变压器油溶解气体的在线检测。基于傅里叶变换红外光谱仪,结合高精度T型共振光声池,建立傅里叶变换红外光声光谱检测系统,选用CO2和C2H2作为气体样品,开展多种变压油中溶解气体定量检测研究。所设计的T型共振光声池主要由相互垂直的吸收腔和共振腔构成,声探测器位于共振腔顶端远离入射光路,避免了杂散光引起的噪声对光声信号的干扰。光声池的共振频率主要由共振腔决定,共振腔与入射光路垂直,其长度不受水平面的狭窄空间的影响,故可在有限的尺寸下实现低频共振,满足光谱仪样品空间需求。实验选用380μL·L^-1 CO2∶1 000μL·L^-1 C2H2∶N2的混合气体作为待测样品,应用光谱仪中的宽谱光源,选用6 cm^-1空间分辨率,采集并分析该气体样品的红外光声谱。所有气体吸收峰清晰可见,说明该方法可完成多种气体的同时检测。在常温常压条件下, 2 349 cm^-1入射光能量仅为12.6μW时, CO2气体的检测精度为4μL·L^-1,满足国家电网公司企业标准(Q/GDW 536-2010)变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范中在线监测装置技术指标对CO2气体最低监测极限值的要求;1 360 cm^-1入射光能量为30μW时, C2H2气体在的检测精度为5μL·L^-1,达到中华人民共和国电力行业标准变压器油中溶解气体分析和判断导则(DL/T 722-2014)中对运行中220 kV及以下的变压器和电抗器设备油中溶解气体含量C2H2含量上限的限定。实验结果表明基于T增强型光声池气体检测系统结合了傅里叶红外光谱的广谱特性和光声气体检测技术的高灵敏度,可实现多种变压器油中溶解气体的高精度定量检测,有望为变压器运行状态监测和故障类型分析评估提供理论依据。     

弹光调制光电转换放大电路设计

弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号,能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析,设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路,主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100 kHz~3.5 MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明:设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6 MHz的信号放大至670 mV左右,实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大,为后续傅里叶变换提供可靠数据。     

基于多元线性阵列探测器的快速光声层析成像

报道了一种基于相控聚焦的多元线性阵列探测器进行快速光声层析成像的方法和装置,并实现了模拟组织的光声层析成像。实验中采用波长为532nm脉宽为7ns的倍频Q-YAG激光器作为激发光源。多元线性阵列探测器由320个振元组成,采用相控聚焦的方法成像,每次由11个振群的探测器接受信号并合并1路,一幅图像由64路这样的信号组成。实验结果能够正确反映样品中的光学吸收分布。与现有的方法比较,本系统具有快速方便的特点,它有望成为一种组织功能在体成像的新方法,发展成为一种低成本的实用的临床诊断装置。     

共焦扫描光声层析成像技术的研究

报道了一种新的光声层析成像技术－光声傅里叶变换共焦扫描成像技术，并用该技术获得了强散射物质（生物组织）的层析图像，纵向分辨能力小于0．1mm，横向分辨率小于4mm。     

利用激光光声技术测量多层介质的埋层性质

本文提出了一种表面层为强吸收层的多层介质的光声理论模型,测量了多层金属样品埋层的热扩散率,热传导率及厚度,实验结果与理论很好地符合.表明光声检测在亚表面物性测量方面是一种十分有效的手段.     

Photoacoustic Tomography of Biological Sample Using Phase-controlled Focus Algorithm

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｏｐｔｉｃａｌｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｏｆｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｍｅｄｉａｓｕｃｈａｓｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｔｉｓｓｕｅｓｉｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙａｃｔｉｖｅｆｉｅｌｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｎｏｎｉｎｖａｓｉｏｎ ,ｎｏｎｉｏｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｃａｌｃｏｎｔｒａｓｔｗｈｅｎｉｔｉｓｕｓｅｄｆｏｒｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｄｉａｇｎｏｓｉｓ[1] .Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｏｐｔｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅ…     

Photoacoustic Tomography of Biological Sample Using Phase-controlled Focus Algorithm

Photoacoustic (PA) imaging is a new imaging modality, which converts pressure signals received by a scanning detector to a local distribution of electromagnetic absorption density. In this paper an experiment result of a photoacoustic tomography to depths of ～7 mm for a real tissue is presented, using a 532-nm pulse YAG laser. The time-resolved stress detection technique was used for PA signal detection with a high temporal resolution. A phase-controlled focus algorithm was used for image reconstruction. Images of different depth profiles in tissue were obtained. The depth resolution was 30 μm and could be up to 10 μm using a wide-band tranducer.     

一种实现光声光谱的导数光谱的新方法

提出了一种实现光声光谱的导数光谱的新方法,为了获得光声光谱的导数光谱,利用一台单色仪和一个分光棱镜研制成一个波长-光强分束器,并用这个波长-光强分束器同时获得两束光强相等而波长有微小差别的两束光,这两束光经过一个互补调制器调制后在光声探测器内叠加,可以实现光声信号的差分,扫描单色仪的波长,就可以获得光声吸收光谱的导数光谱。实验证明这种方法可以准确实现光声光谱的一阶导数光谱,而且导数光声光谱比光声吸收光谱具有更高的光谱分辨率。     

光声光谱技术在测量光谱响应特性方面的应用

用光声光谱技术测量光电探测器的相对光谱响应特性,以高灵敏度的光声池(池内装有吸收系数约为1的碳黑)作为参考探测器,具有较好的波长无选择性。用碳黑监测光源功率,减少光源功率起伏误差。采用二次测量归一化方法避免了分束器的影响。实验测得了比较准确的相对光谱响应特性曲线,为研究光电探测器的特性提供了一种可行的方法。     

光声信号的双谱分析方法研究

基于光声效应的光声光谱技术是光学与声学的有机结合, 可利用不同波长的入射光波, 产生不同的光声信号, 从而为组分识别、组织无损检测等提供高对比度图像, 是一种极具潜力的新型医学诊断技术.但光声光谱检测技术由于受检测方法的制约, 往往扫描时间较长, 而且信号的稳定性和图像识别的准确性也较差. 为了弥补单一光声光谱分析的局限性, 根据光声效应原理和振动理论, 提出了一种光声光谱与光声频谱相结合的双谱分析方法. 该方法通过光声频域信息的定量分析, 可以有效地提高不同组织的光声图像对比度, 从而提高光声成像的组分识别能力, 为光声频谱功能成像奠定理论基础. 实验结果显示, 光声光谱与光声频谱相结合的双谱分析方法可以较好地识别实验组织样品, 可实现高速、高分辨率的组分识别、组织探伤等, 具有广泛的应用前景和重要的临床诊断意义. 关键词： 光声成像 光声光谱分析 光声频谱分析     

光声成像研究进展

本文阐述了光声成像的工作原理,光声信号的产生,传播和探测过程,并总结了光声成像的研究进展,包括时域光声成像和频率域光声成像的研究进展、以及各自的特点,为光声成像领域的研究起到一定的借鉴作用。分析认为光声成像技术有着其他医学成像技术没有的诸多优点,如高分辨率、高对比度、成像深度深等具有广阔的应用前景和较高应用价值,是未来生物医学领域最重要的实时医学成像技术之一,因此得到了国际上的广泛关注。     

光声光谱检测装置中光声池的数值计算及优化

利用光声光谱技术进行痕量气体的检测具有独特的优势,光声池是系统装置中最为重要的核心部件,它决定着整机性能的优劣.以一圆柱形共振型光声池为研究对象,基于声学与吸收光谱学的基本理论,建立了光声池声场激发的数学模型;利用数值模拟方法对光声池空腔结构进行了声学模态仿真,获得了前8阶声学模态值以及声压可视化振型;在考虑热黏性声学损耗的作用下,对光声池进行了热-声耦合多物理场仿真计算;将仿真结果与解析计算和实验结果进行对比,明确了利用数值模拟方法来计算光声池有关指标的可靠性与可行性;针对光声池的优化问题,提出了一种将响应面代理模型与遗传算法相结合的优化算法,在将原光声池中的谐振腔两端形貌更改为喇叭口形的情况下,通过优化算法获得了以光声池品质因数Q及池常数C_(cell)为最大值寻优的Pareto最优解集;选取一组解进行考察,结果表明,代理模型预测值与数值模拟值指标最大误差仅为1.3%,优化后的新型光声池Q较之前增长了48.9%, C_(cell)增长了34.4%.研究方法可为光声光谱中光声池的优化设计提供参考借鉴.     

Open-path measurement of ozone and methane gases using quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy

We demonstrate a standoff system based on quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy technique for the concentration measurements of atmospheric ozone and methane. The technique is a modified version of Photoacoustic spectroscopy. Two primary features of this technique are the employment of a tunable quantum cascade laser and a resonant quartz-crystal tuning fork detector. Both of these features facilitate simultaneous sensing of multiple molecular species. External-cavity quantum cascade laser having a spectral range from 7 to 10 micron is used. Diurnal concentration variations of methane and ozone are estimated for open-path up to 25 m. The ambient methane and ozone concentration maxima were observed to have values of 3.5 parts per million by volume and 140 parts per billion by volume, respectively. Finite-element mesh-based software is used to simulate the Eigen frequency of the tuning fork sensor. High-resolution transmission molecular spectroscopic database of atmospheric gases and the real-time gas concentration data from the Delhi Pollution Control Committee have been used as references.     

多模态光声分子成像进展*

现代的各种医学影像术,如射线成像、CT、正电子发射(PET)、磁共振(MR)、超声(US)、荧光(FL)等都各具特色,并成功地应用于多种疾病的诊疗。但每种影像术都不能对生物组织做出完整的描述。由若干个成像技术组成的多模态成像技术,是获得组织更多信息的有效途径。光声(PA)成像是能提供组织的成分和功能信息的新成像技术。它不仅灵敏,可以对较深层的组织进行实时、快速、安全的成像,而且可以利用光声光热造影剂实施非侵入的光热靶向治疗。因此,与光声成像相结合的多模态分子成像是实现精准诊疗的重要技术途径。该文以手持US-PA探头的双模态成像系统,直径为1 mm的血管內窥镜US-PA成像系统,可同时用于术前和术中的US-PA-FL三模态成像系统,以及采用外磁场可操控的磁共振-光声光热分子造影剂、进行MR-PA成像引导的光热治疗技术为例,对多模态光声分子成像系统在医学诊断、手术和光热治疗方面的进展做简单介绍。     

L型阵列探测器合成功率研究与设计

针对行波探测器阵列只能合成输出功率而不能同时提高工作带宽的现状,基于m推演型滤波电路原理,提出了一种新的L型阵列探测器,即通过在光电二极管之间串联电容减少结电容对截止频率的影响,再与两个电感串联形成单个阵列单元,然后将单个阵列单元级联构成全新的L型滤波器电路结构。结果表明,L型探测器阵列能够对射频输出信号进行功率合成,同时工作带宽提高至67 GHz,相较于传统光电探测器,工作带宽提高两倍。通过增加级联光电二极管的数量,可以持续增大输出功率,同时L型探测器阵列的推演方法可根据实际需求灵活设计出期望的光电探测器,为未来大带宽、高功率的光电探测器设计提供理论基础。