光声显微技术

Karl Wang —上海迈培光电技术有限公司 � 光声显微镜是在光声光谱技术和声学显微镜的基础上研 制的一种新型显微成像装置。 � 光声效应：物质受到光吸收光能而受激发，然后通过非 辐射的消除激发过程使吸收的光能全部或部分地转变为 热能。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物 质内就产生周期性的热流。热流使物质及其邻近介质热 胀冷缩，从而使应力产生周期性变化，即声信号。声信胀冷缩，从而使应力产生周期性变化，即声信号。声信 号的频率与光的调制频率相同，声信号的强度和相位则 由物质的光学、热学、弹性特性以及样品的几何形状决 定。 � 光声成像利用短脉冲激光作为激发源，通过使用超声换 能器，探测不同的成分对光吸收不均匀所产生的不同的 超声信号，因此具有分辨率高、对比度高的特点，也具 有超声成像探测的深度高的优点。 � 微波超声频段微波超声频段微波超声频段微波超声频段******** 由透射式声学显微镜改造而成，将锁模Q开关 (Nd:YAG) 激光聚焦成 2um左右的光束，取代声学显微镜的输入声透镜和换能器，但仍沿用 声学显微镜的输出声透镜和换能器接收光信号。 系统的分辨率与光点的尺寸与热扩散长度（即热波波长）有关，但高 频的热扩散长度很短，所以主要由光点尺寸决定。 音频范围音频范围音频范围音频范围� 音频范围音频范围音频范围音频范围 由光声光谱仪（用传声器接收声信号）改装而成的光声成像系统。 光源为单色连续激光，利用机械斩光器进行强度调制，再经光学透镜 聚焦在样品上。样品和光声信号接收器安装在特殊的光声盒（样 品盒）内，工作频率一般低于2千赫。 该光声显微镜系统易于实现，但由于频率较低和样品的热扩散长度较 长，对亚面结构成像的分辨率也较低。 � 压电换能器压电换能器压电换能器压电换能器 压电换能器通过声耦合介质直接与样品接触而接收光声信 号。光声信号的压电检测有如下优点：①不必采用封闭的 光声盒，样品的尺寸不受限制；②接收灵敏度较高，适用 于吸收光较弱的样品；③检测频域广：从音频到超声频段于吸收光较弱的样品；③检测频域广：从音频到超声频段 都可以使用。 * 利用检测热波信号的显微镜，称为热波显微镜。 � 光声显微镜用于检测物质在吸收光能后所产生的热 波和物质受激发后产生的声信号。利用光声效应检 测物质的结构很灵敏。 � 由于热波波长较短，即使光声显微镜的工作频率不 高（如1兆赫）,其分辨率也可达到微波频段超声显高（如1兆赫）,其分辨率也可达到微波频段超声显 微镜的分辨率。 � 因为热波的透入深度随波长而变，改变频率就能对 样品的亚表面结构进行分层分析。同时，还可以适 当调节接收系统，以接收光声信号的“振幅”或 “相位”，从而区别样品的表面结构和亚表面结构。 � 暗场共聚焦系统示意图 �脉冲激光器，用于激发超声信号 �角锥棱镜，用于产生空心光斑 �扫描振镜，用于横向扫描成像 超声换能器，用于接受超声信号�超声换能器，用于接受超声信号 �锁相放大器，用于弱信号的提取 �其他：样品容器，超声凝胶等，用于超声 信号的耦合 � 光声CT成像 � 早在 1880 年，Bell 首先在固体中观察到光声转换现象， 并在给美国科学进展协会的报告中描述了有关实验结果， 称这种光声转换的物理现象为光声效应。 � 上世纪80年代，Bowen 等提出利用光声技术进行成像研 究。 Barry P. Payne� 麻省理工学院的 Barry P. Payne研究组利用马赫－曾德干 涉仪通过激励激光和探测光在样品表面干涉，测量光声效 应所引起的样品表面位移，并借此对组织浅表血管进行成 像。系统的空间分辨率理论上可与干涉仪的灵敏度相当。 � 以美国 Texas 大学 Oraevsky为代表的若干研究组采用 宽带非聚焦 PVDF超声传感器阵列探测光声信号。 � 美国 Indiana 大学 R.A.Kruger研究组采用半球形的 128 元阵列超声传感器进行物体的三维立体成像。 � 美国 TexasA&M 大学 Lihong V.Wang研究组采用中心 频率分别为3.3MHz、10MHz、20MHz 的超声传感器探 测光声信号，采用单探头机械旋转扫描，利用基于精确解 的后向投影算法重建图像。的后向投影算法重建图像。 � 在半导体工业中的应用：可以显示硅片及其在制作 中金属化和氧化层的几何特征和特征方面的资 料，如金属化或氧化层中的缺陷、深度剖面结构以 及薄膜厚度等。 � 在无损检测方面的应用：光声显微镜的检测系统一 般不需要与被测样品的表面接触，能有效地检测形 状复杂的样品（如涡轮定子的某些区域，其检测精 度较高，如对表面缺陷的检测可达到几十微米的数 量级。 � 在生物医学方面的应用：光声效应的检测灵敏度高， 有可能实现非损伤性的检查。 我们可提供光声成像及 光谱系统及其组件，欢迎 您的垂询！您的垂询！ 地址：上海市闵行区光华路18号 电话：021-54391387 Email: sales@mp-photonics.com http://www.mp-photonics.com