对光声成像系统中声透镜的二元声学研究

基于二元声学的方法提出了一种折射／衍射混合声透镜设计方案,该声透镜在对光声信号进行二维成像时体现出了极大的优越性,与单声透镜相比,除了有实时成像、成像焦深较大且可以利用时间分辨技术实现层析成像的优点外,还可以利用二元声学透镜独特的色散特性校正单声透镜的轴向色差,可以极大提高成像的分辨力。通过计算机模拟了有一定带宽的点声源通过该声透镜像面上的点扩展函数,与经单声透镜的结果比较,可以看出点扩展函数弥散斑得到明显改善,极大地消除色差对成像质量的影响。     

基于近零折射率材料的声非对称聚焦透镜

研究基于近零折射率声子晶体的声非对称聚焦透镜。声非对称聚焦透镜的两侧分别为竖直平面与圆弧面结构,由于近零折射率材料的声波方向选择性,当声波从竖直平面一侧入射时,可以通过透镜,实现高性能声聚焦效应;而当声波从圆弧面一侧任意方向入射时,声波无法通过透镜,从而实现同时具有聚焦与非对称传输特性的声学透镜。在此基础上,改变透镜圆弧面的曲率半径,可以调控非对称透镜的正向聚焦焦点位置,且声非对称传输性能保持不变.此外,透镜内部的刚性散射体对声非对称聚焦性能的影响较小。研究结果表明所设计的声非对称聚焦透镜具有多功能、单一结构及高鲁棒性等优点,为设计新型近零折射率声学器件提供相应的理论方案与实验参考.      

基于菲涅耳声透镜的声速与焦距的测量实验

将"空气中声速测量"实验和"薄透镜焦距测量"实验融合,设计了集声学原理和光学原理的"菲涅耳声透镜"实验,明确了该实验所使用的实验仪器,给出了实验内容,即测量声透镜的焦距、通过测量声透镜的几何参量得出超声波的波长、测量超声波在空气中的声速.最后,制作了焦距f为50mm的声透镜,并对实验内容进行了可行性分析及实验验证.实验结果(声透镜的焦距为50.3mm及超声波波长值8.70mm)与理论设计值基本一致.     

光声信号的声透镜层析成像研究

提出了一种用声透镜实现光声层析成像的新模式。从理论上计算出了声透镜的响应，测出了已知声场中标准物像面处的声场分布。考虑到圆形活塞振源的指向性，对代表物成像进行了理论修正，并与实验结果做了对比分析。研究表明，利用声透镜可以实现光声层析成像，并经图像重构得到了生物组织中异物的光声图像，横向、纵向分辨力较高。     

基于热声相控阵列的声聚焦效应

研究基于热声相控阵列的宽频带声聚焦效应.设计新型热声相位控制单元,通过改变单元的空气温度控制声波波速,实现声波透射与反射相位延迟覆盖2π区间.设计四种不同类型的热声相控阵列聚焦透镜,采用8种或2种热声相位控制单元分别实现了透射与反射声聚焦效应.与其他类型的声聚焦透镜相比,热声相控阵列聚焦透镜具有宽频带、高聚焦性能、设计方案简单等优点.     

准平板型声透镜的聚焦原理及其计算

本文阐述了准平板型声透镜的聚焦原理,并根据声的折射定律和到达焦点的声束必须同相的条件,推导出了点声源和平行声束入射时准平板型声透镜的计算公式,并以平行声束入射的情况为例,分别用所推得的公式设计、制作了斜面形和弧面形准平板声透镜,观测了它们的聚焦性能,给出了有关的曲线和图片.经观测,透镜的聚焦性能是令人满意的.     

利用维纳滤波改善声透镜光声成像系统的分辨率

为了克服衍射效应对光声成像系统分辨率的限制,需要采用逆卷积方法进行图像反演.从理论上分析了声透镜成像原理,模拟仿真了声透镜的点扩展函数对声透镜成像系统分辨率的影响和维纳滤波解卷积方法复原光声成像的过程,并利用自搭建的声透镜光声成像系统进行了深入的实验研究,得到了物平面上相距4 mm和3 mm的两个黑胶带点的直接成像光声...     

基于蜷曲空间结构的近零折射率声聚焦透镜

研究基于蜷曲空间结构的近零折射率声聚焦透镜.根据近零折射率材料的声波方向选择机理,采用蜷曲空间结构为基本单元进行排列,设计具有特定入射与出射界面的几何结构,对透射声波的出射方向进行调控,实现了平面声波与柱面声波的聚焦效应,并深入讨论了透镜内部刚性散射体对声聚焦性能的影响.在此基础上,改变近零折射率透镜的出射界面,可以精确调控声波阵面的形状与方向.该类型透镜具有单一的单元结构、高聚焦性能及高鲁棒性等优点.研究结果为设计新型近零折射率声聚焦透镜提供了理论指导与实验参考,同时也为研究声波阵面的调控提供了新思路.     

光学滤波与频谱分析

依据光声效应产生的超声波具有波的特性,借鉴光学成像理论,提出了一种新的光声信号成像模式一利用声透镜直接成像。以声场复振幅来描述声场分布,根据基尔霍夫衍射理论,从理论上推导了声透镜的脉冲响应,并通过实验得到了生物组织的功能成像。     

利用波导型声透镜探索声波在空气中的聚焦

声透镜是实现声聚焦的一种重要工具,它通过改变声传播路径上介质的分布和引入适当的相移,从而使波阵面指向性发生变化,作用于声场,实现聚焦。波导型声透镜在空气中能实现低频声波的聚焦,且聚焦效果较好。但由于测量环境的不同,声波遇到墙壁等刚性边界时会被反弹,实际的聚焦区域与理论值会有些许偏差。