脉冲激光在液体中激发的声波特性研究

理论上分析了脉冲激光在液体中产生的声波波阵面随光声源形状的变化,以及不同激发机制下光声脉冲波形的差别,并从实验中得出了脉冲CO2激光光声脉冲频谱特性.结果表明光声波波阵面为球面或柱面,热弹机制激发双极性的光声脉冲,汽化机制激发单极性的光声脉冲,CO2脉冲激光在水中激发的声波频谱峰值主要在100 kHz以下.通过选择光声源的形状和激发机制可以获得所需的光声信号.     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

基于声光效应的光束偏转控制理论研究

基于参量互作用观点及声光互作用原理,构建了入射光为高斯光并且存在声波吸收情况下的声光偏转器模型.基于此模型研究了超声波频率、声波功率和光束入射角对衍射光的影响.对比了有声波吸收和无声波吸收两种情况下上述三个参量对衍射光产生的不同影响.计算结果表明,同无声光吸收时相比,当存在声波吸收时,偏转器的衍射效率将减小,导致衍射波形畸变,光强峰值位置发生偏移.     

超短光脉冲波形研究

本文讨论了光脉冲技术发展中的脉冲波形测量问题。介绍了一种通用的光脉冲波形测量新方法,该方法可以给出光脉冲的波形、脉宽以及光脉冲内含的频率啁啾信息。这种测量方法已应用于半导体激光器产生ps光脉冲的实验研究,其可行性得到了验证。     

光孤子脉冲在光纤放大器中的传播

本文建立了包括增益色散,受激喇曼散射,双光子吸收效应的理论模型,讨论了光孤子脉冲在光纤放大器中的传播.数值计算结果表明:在反常色散范围内,光孤子的放大是不稳定的.增益色散导致光脉冲对称分裂,而受激喇曼散射则导致不对称的分裂.在增益色散和受激喇曼散射的共同作用下可获得新的时域和频域特征.有限带宽的放大能抑制受激喇曼散射引起的自频移.本文对有啁啾的光孤子脉冲的放大也进行了分析.     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

受激布里渊散射光脉冲波形的研究

从实验和理论上研究了受激布里渊散射(SBS)光脉冲波形.在Nd∶YAG调Q激光器中实验研究了SBS光脉冲波形随抽运光参数、结构参数和介质参数的变化规律，并利用SBS理论模型进行了数值模拟，实验与数值模拟结果的变化趋势基本一致.结果表明，抽运光能量越小，透镜焦距越短，镜-池间距越长，介质声子寿命越长，SBS光脉冲波形就越不容易出现调制现象.分析和讨论了抽运光参数、结构参数和介质参数对SBS光脉冲波形的影响机理. 关键词： 受激布里渊散射 脉冲波形 抽运光参数 结构参数     

纳秒脉冲激光特性对金纳米球光声响应的影响

由于局部表面等离激元共振现象,金纳米颗粒具有显著的光热效应,而近年来随着人们对精准医疗和非介入性组织成像的需要,作为纳米颗粒光热衍生效应的金纳米颗粒光声效应得到了人们的广泛关注.金纳米颗粒自身特性对其光声效应的影响目前已经得到一定的研究,而对于脉冲激光特性对其光声效应的影响尚缺乏深入探讨,因此,本文对金纳米球在不同脉冲...     

用光声法测定光学膜的破坏阈值

利用光声法研究光学膜在５５ｎｓ脉冲ＫｒＦ激光照射下的破坏现象，实验结果表明光学膜在受损后其膜层内的光声波的波形发生变形、波幅急剧增大，由ＺｒＯ＿２／ＳｉＯ＿２构成的四分之一波长膜堆其破坏阈值小于１Ｊ／ｃｍ￣２，光学膜发生破坏的主要原因是膜系中ＺｒＯ＿２膜层的吸收系数太大。为了提高光学膜的破坏阈值不仅要选择消光系数小的材料，而且还要考虑光的极化效应。     

液体中光击穿阈值的研究

从等离子体中自由电子密度速率方程出发,考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况,提出了等离子体椭球模型.通过该模型的建立,对自由电子密度速率方程中电子扩散速率进行了修正,在理论上得到了光击穿的阈值.结果表明,等离子体椭球模型计算出水的击穿阈值更符合实验情况.     

Effects of size and arrangement of virtual transducer on photoacoustic tomography

In this paper, we investigate the effects of the relative size and arrangement of a virtual transducer on the image quality in limited-view photoacoustic tomography. A virtual transducer refers to the acoustic scatterers used to reflect photoacoustic waves and improve the images reconstructed from incomplete PA signal. Size and spatial arrangement determine the performance of the virtual transducer. In this study, the scatterers utilized as virtual transducers are arranged in different manners, such as on a straight line or on an arc line. We find that virtual transducers with a big distributing angle can provide more significant image improvement than with a small distributing angle, which is similar to the true transducers. We also change the size of virtual transducer and study its influence on image quality. It is found that the bigger scatterers provide better images than the smaller ones. Especially, when the size of scatterers is reduced to the wavelength of photoacoustic wave, the image quality observably decreases, owing to the strong diffraction effect. Thus, it is suggested that the size of the acoustical scatterers should be much larger than the photoacoustic wavelength. The simulations are conducted, and the results could be helpful for the application and further study of virtual transducer theory in limited-view photoacoustic tomography.     

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.     

多参量光声成像及其在生物医学领域的应用

光声成像兼具声学成像和光学成像两者的优点, 因而成为近十年来发展最迅速的生物医学成像技术之一. 本文介绍了光声成像的特点及其相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点; 其次, 解释了光声成像的成像原理, 在此基础上介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像方案, 并介绍了它们的技术特点; 然后, 介绍了光声成像对生物组织的生化特性、组织力学特性、血液流速分布、温度分布参数、微结构特性等多信息参量的提取能力, 及其在生物系统的结构成像、功能成像、代谢成像、分子成像、基因成像等多领域的应用; 最后, 展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性.     

纳米材料ZrO2的傅里叶变换红外光声光谱研究

首次报道单斜ＺｒＯ２纳米材料在各种微晶粒度下的傅里叶变换红外光声光谱（ＦＴ－ＩＲ－ＰＡＳ），发现随着粒度的减小，波数低于１０４８ｃｍ＾－＾１的谱线强度减弱，而波数高于１０４８ＣＭ＾－＾１的谱线强度增加，一些谱线位置有红移，并观察了压力效应。对上述量效应进行 初步解释。     

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     

利用近红外光激发的光声血管造影成像

利用近红外光结合对应波长的光吸收增强对照剂来实现在体小鼠脑皮层血管的光声成像.近红外光在生物组织上有较深的穿透能力;而作为光吸收增强剂的外源染料吲哚菁绿注射到血液系统后则增加了血管对光的选择性吸收,从而增强了血管光声信号的强度.实验在不破坏脑头皮和头盖骨的前提下,通过静脉注射吲哚菁绿,获得小鼠脑皮层血管的光声造影成像.光声重建的血管网络与小鼠脑部解剖照片相当符合.实验结果证明近红外光结合光吸收增强剂的光声血管造影技术对于开展光声脑功能成像,光声分子成像提供了潜在的可行性. 关键词： 光声成像 光吸收增强剂 血管造影 光声信号     

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。     

灵敏的基于分布反馈式半导体激光波长调制光声光谱

利用室温下单模运行的近红外半导体二极管激光,报导了波长调制共振光声光谱结合二次谐波探测技术.实验系统应用到乙炔探测,在1个标准大气压和3毫瓦平均光功率以及3毫秒锁相积分时间条件下其探测灵敏度可达10ppm(体积比),归一化到激光功率和系统带宽最小可探测吸收为4.0×10-8Wcm-1/Hz,并且实验中发现系统最佳压力响应值在2.66×104Pa附近.本实验装置可有效的消除光声光谱系统中常见的窗片和光声腔壁吸收入射光而引起的背景噪声.此外,相对于其他方法我们描述的基于半导体激光共振光声光谱具有很大的优点,为进一步发展便利、实用、便携式环境监测仪器奠定了坚实的基础.     

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。