对光声现象的研究

选择第26届IYPT题目聆听光的声音,研究了光声现象中光功率与声强以及调制光频与声频的关系.实验结果表明:光致声声频等于入射光调制光频,光致声的声强与光频呈正相关,即在消除了斩光器的影响后,斩光器频率越高,声强越大.     

探测器频带对光声成像分辨率的影响研究

 为了研究探测器频带对光声成像分辨率的影响,采用有限元仿真实验,得出不同探测器频带与分辨率之间的经验公式,即对于mm量级的吸收体,探测器的截止频率大于2 MHz时,重建图像分辨率变化不明显,当探测器的截止频率小于2 MHz时,分辨率降低非常明显。该研究结果对光声成像探测器的选择、成像效果评估具有参考价值。     

磁场对光抽运信号的影响

在做光泵磁共振实验时,分别研究了竖直线圈和水平线圈产生的磁场对光抽运信号的影响,并做出了它们之间的关系曲线.由此曲线计算了北京地磁场的垂直分量为(0.0881±0.0015)×10-4T,估算出北京地磁场的水平分量约为0.425×10-4T.同时,这项工作对于区分光抽运信号和磁共振吸收信号也有一定的帮助.     

成像深度对光声层析成像的影响

为了研究不同成像深度对光声层析成像质量的影响,利用多元线性阵列探测器在有限方位进行探测成像。由仿真和实验结果表明,吸收体离探测器越近,其成像效果较好,当多元线性阵列探测器的尺寸与成像深度比小于1时,重建图像畸变明显。在这种情况下,采用旋转扫描探测,其成像效果明显提高。该研究结果对光声层析成像扫描轨迹的设计、成像效果评估具有较好的参考价值。     

近红外波段CO2分子弛豫动力学效应对光声信号的影响

介绍了一种基于低功率的分布反馈式(DFB)半导体激光器和自行设计的一阶纵向共振光声池构成的共振光声光谱测量系统.该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点.通过对光声池的性能进行的研究,实验研究和理论分析具有很好的一致性;系统地研究了近红外1.573μm附近分子弛豫效应对光声探测CO2信号的影响,并给出了相应的理论分析,表明利用分子弛豫效应可有效地提高系统探测灵敏度.     

垂直磁场对光抽运信号的影响

保持扫场和垂直磁场合成的叠加磁场大小一定,定量研究了地磁场的垂直分量抵消不同时叠加磁场方向变化角度Δθ对光抽运信号幅度的影响.结果表明:光抽运信号幅度随叠加磁场方向变化角度Δθ的增大而增大,当Δθ=180°时,即地磁场的垂直分量完全抵消时,光抽运信号幅度最大,并用量子理论的观点解释了这一规律.     

磁场对光轴运信号的影响

摘 要;在做光泵磁共振实验时,分别研究了竖直线圈和水平线圈产生的磁场对光抽运信号的影响．并做出了它们之间的关系曲线．由此曲线计算了北京地磁场的垂直分量为（0. 0881±0·0015）×10-4T ,估算出北京地磁场的水平分量约为 0．425 ×10-4T．同时,这项工作对于区分光抽运信号和磁共振吸收信号也有一定的帮助．     

超声换能器带宽对光声成像的影响

研究了不同尺寸吸收体产生的光声压的频谱特性：对于厘米量级、毫米量级和几百个微米量级的吸收体,产生光声压频谱的主要范围分别约为20～300kHz、70kHz～2．5MHz和400kHz～20MHz;讨论了不同频率范围的光声信号对重建图像的影响,低频段的光声信号能反映物体的非边界区域,而高频段的光声信号能突出物体的细微结构,尤其是物体的边界特征。提出了不同尺寸的吸收体要选用或设计不同带宽范围的探测器进行检测的方法．当探测器的带宽范围与光声压频谱范围基本吻合时,损失的频率成份较少,重建的光声图像效果较好,这一结论在仿真和实验结果中都得到了证明。实验用的光源为YAG激光器,波长为532nm,重复频率为30Hz,脉宽为7ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1mm。     

光声池几何形状对光声光谱检测性能的影响

随着现代化工业的高速发展,痕量气体检测技术的重要性不言而喻,目前痕量气体检测技术已广泛应用于环保、化学工业、生物生态以及医学检测等各个领域,光声光谱技术由于它具有零背景检测、探测器不受波长限制、光学元件简单,系统调节及维护方便等优点,现已成为光谱学领域中非常重要的检测手段,近些年来,随着微弱信号检测与激光器技术的快速发展,光声光谱技术也得到更多学者的关注与研究,所取得的成果为光声光谱检测性能的提升提供了重要的设计参考,然而,当前文献报道较少地涉及到光声池的优化工作,尤其是对光声池的形状构造等问题鲜有深入探索。光声光谱检测系统中最核心的部件之一即为光声池,它是承载待测气体的容腔以及产生光声耦合作用的场所,其形状构型在很大程度影响着光-声之间的耦合状况,以致于影响整机系统的信噪比与灵敏性,因而探索设计光声池的形状具有重要的理论研究意义及工程应用价值。为此,基于传统圆柱形光声池的设计基础,探索研究了纵向截面为圆形、正三角形、椭圆等8种典型形状的光声池结构模型,并对其声场特性进行了仿真分析,借助3D打印技术制作了各类光声池实物,通过实验对比分析了8种光声池的性能指标,在限定光声池纵向长度及纵向截面周长相等的条件下,仿真结果表明, 8种形状各异的光声池工作纵向声学模态振型均相同,实验结果表明, 8种光声池的工作声学共振频率值基本相同,受其激光光源与腔内声学模态耦合的影响,其品质因素从大到小依次为:圆形、短轴椭圆、正五边形、正方形、大圆轴线形、正三角形、小圆轴线形、长轴椭圆,池常数从大到小依次为:圆形、长轴椭圆、正五边形、正方形、大圆轴线形、小圆轴线形、正三角形、短轴椭圆,整体结果显示,对于光声光谱光声池的设计,在没有特殊要求的情况下,光声池应优先为圆形形状,研究过程与结果为光声光谱中光声池的设计与优化探索提供了借鉴与参考。     

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。     

不同旋转扫描次数对光声层析成像的影响

为了实现单元探测器高质量的快速光声图像重建,提出了不同旋转扫描次数对光声层析成像的影响方案。实验采用的光源为YAG激光器,波长为1 064 nm,重复频率为20 Hz,脉宽为7 ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收直径为1 mm,得到了26个字母、12根头发丝、树叶骨架和模拟血管的光声重建图像。由仿真和实验结果表明,在不牺牲光声重建图像质量的前提下,单元探测器环形扫描一圈,均匀采集100个位置的信号,图像重建时间为5.903 s。该研究结果对于单元探测器的快速旋转扫描成像和环形阵列探测器阵元数的设计具有一定的指导意义。     

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。     

Compton散射下固体温度变化对光声信号强度的影响

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了固体温度变化对光声信号强度的影响。结果表明,在Compton散射光和入射光形成的耦合光强度和频率不变时,随固体温度的升高,光声信号强度非线性迅速增强;固体温度不变时,随耦合激光强度和频率的增大,光声信号强度几乎趋于0。     

仿真分析测量参数对光反馈自混合信号的影响

针对含有光反馈的半导体激光器,在外腔波动条件下,研究其光反馈干涉自混合信号模型。经计算仿真分析,得到了外腔运动参数及激光器本身参数的变化对光反馈自混合信号波形的影响规律。结果表明,利用光反馈自混合干涉效应可以进行多参数传感测量。     

传播起伏对声信号相关处理的影响

本文所讨论的是,复杂脉冲信号经过相关处理之后,其模糊度函数起伏与输入相关器的传播信号起伏之间的联系。在具体计算中,着重于线性调频脉冲情况,得到模糊度函数（或其峰值）起伏的平方差,等于输入信号振幅起伏率与相位起伏方差之平方和,即
σ本文所讨论的是,复杂脉冲信号经过相关处理之后,其模糊度函数起伏与输入相关器的传播信号起伏之间的联系。在具体计算中,着重于线性调频脉冲情况,得到模糊度函数(或其峰值)起伏的平方差,等于输入信号振幅起伏率与相位起伏方差之平方和,即式中,“权重”A和B与输入信号振幅及相位起伏的时间相关半径、脉冲长度、时延等有关。     

随机双折射对光孤子传输影响的研究

利用对称分步傅里叶法,数值模拟了光孤子在双折射光纤中的传输特性,分析了孤子脉冲两正交偏振分量的群速度失配对孤子传输产生的影响.结果表明,当光纤的双折射较小时,两偏振分量的脉冲强度变化不大,孤子基本能够保形传输;当光纤的双折射较大时,两偏振分量脉冲很快展宽,强度迅速减小,孤子不能够保形传输;如果光纤的双折射具有随机性,孤子传输的两偏振分量脉冲强度会随着传输距离有强弱不规则的变化,但是两偏振分量的强度变化互相补充,合成强度没有太大的变化,孤子能够稳定的传输;孤子间没有相互作用影响的传输距离随着光纤随机双折射偏振分量群速失配的增大而变小;通过选择恰当的振幅比,传统的不等振幅法仍然能够有效地抑制孤子间的相互作用.     

声达信号谱估计

本文对确定性窄带信号的理论相关函数和信号样本以及随机窄带信号样本用自回归(AR)和FFT两种方法进行了谱估计。这些结果很好地解释了声达信号的谱估计结果,即对靠得很近的双谱峰,AR的分辨率劣于FFT,对于相距较远的双谱峰和单谱峰,AR的估计精度好于FFT。在所有的情况下.AR方法的谱曲线平滑,旁瓣低。这两种方法联合使用是对声达信号进行谱估计的好方法。     

弱背景声对声音信号感受的影响

本工作在6名受试者身上比较了在有及无连续背景声作用下声音信号感受阈的变化。当信号及背景声为频率相同的纯音时,弱背景声(强度为阈上0—5分贝)能使信号感受阈降低8分贝左右。在有白噪声干扰的条件下,这一作用仍然存在。信号感受阈的降低是弱背景声提高了听觉系统对信号感受能力的结果。当背景声与信号有较大的频率差时,弱背景声即无降低信号感受阈的作用。     

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