[發(fā)明專利]一種非接觸光聲成像裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910587193.8
• 申請(qǐng)日: 2019-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN110243763B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王毅;胡瀛心;彭斌揚(yáng);周紅仙;馬振鶴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01N29/04;G01N29/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

1.一種非接觸光聲成像方法，其特征在于，該方法基于一種非接觸光聲成像裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包括探測(cè)光源(1)、光纖隔離器(2)、2×2光纖耦合器(3)、光纖環(huán)形器A(4)、光纖環(huán)形器B(8)、3×3光纖耦合器(12)、準(zhǔn)直器A(13)、透鏡A(14)、反射鏡A(15)、準(zhǔn)直器B(16)、二向色鏡(17)、反射鏡B(18)、反射鏡C(19)、透鏡B(20)、激光器(22)、反射鏡D(23)、光電探測(cè)器A(24)、光電探測(cè)器B(25)、光電探測(cè)器C(26)、高通濾波器A(27)、高通濾波器B(28)、高通濾波器C(29)、數(shù)據(jù)采集卡(30)和電腦(31)；

所述探測(cè)光源(1)、光纖隔離器(2)、2×2光纖耦合器(3)通過光纖依次連接；所述2×2光纖耦合器(3)的輸出端分別通過光纖環(huán)形器A1端口(5)連接光纖環(huán)形器A(4)、通過光纖環(huán)形器B1端口(9)連接光纖環(huán)形器B(8)；

所述光纖環(huán)形器A(4)通過光纖環(huán)形器A2端口(6)連接準(zhǔn)直器A(13)、通過光纖環(huán)形器A3端口(7)與3×3光纖耦合器(12)的輸入端連接；所述的準(zhǔn)直器A(13)、透鏡A(14)和反射鏡A(15)依次同軸設(shè)置；

所述光纖環(huán)形器B(8)通過光纖環(huán)形器B2端口(10)連接準(zhǔn)直器B(16)、通過光纖環(huán)形器B3端口(11)與3×3光纖耦合器(12)的輸入端連接；

所述激光器(22)發(fā)射的激光依次經(jīng)過反射鏡D(23)和二向色鏡(17)，與經(jīng)過準(zhǔn)直器B(16)的探測(cè)光匯合后依次通過反射鏡B(18)、反射鏡C(19)、透鏡B(20)聚焦于置于載物臺(tái)(21)上的樣品(32)內(nèi)部；所述激光器(22)與數(shù)據(jù)采集卡(30)連接；

所述3×3光纖耦合器(12)的輸出端分別通過光纖連接光電探測(cè)器A(24)、光電探測(cè)器B(25)、光電探測(cè)器C(26)；所述光電探測(cè)器A(24)、光電探測(cè)器B(25)、光電探測(cè)器C(26)分別連接高通濾波器A(27)、高通濾波器B(28)、高通濾波器C(29)；三個(gè)高通濾波器與電腦(31)中的數(shù)據(jù)采集卡(30)連接；

所述非接觸光聲成像方法包括以下步驟：

步驟1光聲激發(fā)過程

激光器(22)發(fā)射激光，激光聚焦于樣品(32)內(nèi)部，樣品吸收能量產(chǎn)生超聲波，超聲波導(dǎo)致激發(fā)點(diǎn)的光學(xué)折射率變化，進(jìn)而導(dǎo)致激發(fā)點(diǎn)的光學(xué)反射率變大，使探測(cè)光反射光強(qiáng)增大；

步驟2光聲檢測(cè)過程

探測(cè)光源(1)發(fā)出探測(cè)光依次通過光纖隔離器(2)、2×2光纖耦合器(3)后分成參考光和樣品光；所述的參考光經(jīng)光纖環(huán)形器A1端口(5)進(jìn)入光纖環(huán)形器A(4)，并從光纖環(huán)形器A2端口(6)輸出，依次通過準(zhǔn)直器A(13)、透鏡A(14)和反射鏡A(15)后原路返回并通過光纖環(huán)形器A3端口(7)進(jìn)入3×3光纖耦合器(12)；所述的樣品光經(jīng)光纖環(huán)形器B1端口(9)進(jìn)入光纖環(huán)形器B(8)，從光纖環(huán)形器B2端口(10)輸出，經(jīng)準(zhǔn)直器B(16)準(zhǔn)直成平行光，經(jīng)二向色鏡(17)后與激光合為一束光，再依次經(jīng)過反射鏡B(18)、反射鏡C(19)和透鏡B(20)聚焦于置于載物臺(tái)(21)上的樣品(32)內(nèi)部；背向散射光原路返回并通過光纖環(huán)形器B3端口(11)進(jìn)入3×3光纖耦合器(12)；

兩路光進(jìn)入3×3光纖耦合器(12)后輸出三路信號(hào)，三路信號(hào)分別進(jìn)入光電探測(cè)器A(24)、光電探測(cè)器B(25)和光電探測(cè)器C(26)發(fā)生干涉并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再分別經(jīng)高通濾波器A(27)、高通濾波器B(28)和高通濾波器C(29)濾除干擾后進(jìn)入電腦(31)中，數(shù)據(jù)采集卡(30)進(jìn)行信號(hào)采集；

其中，3×3光纖耦合器(12)進(jìn)行三相位解調(diào)的過程如下：

樣本不同深度的背向散射光導(dǎo)致的干擾表示為：

其中，I_R為來自參考臂的光強(qiáng)度；I_s，i為來自樣品第i深度的光強(qiáng)度；ΔI_s(t)為在光聲激發(fā)位置產(chǎn)生的探測(cè)光強(qiáng)度變化；為在I_R和ΔI_s(t)之間的時(shí)變相位差；為I_R和I_s，i之間的時(shí)變相位差；為ΔI_s(t)和I_s，i之間的時(shí)變相位差；和均表示隨機(jī)環(huán)境干擾；除ΔI_s(t)外的其他項(xiàng)均通過高通濾波器濾除，且與I_s，i的相關(guān)項(xiàng)忽略不計(jì)，則測(cè)得的信號(hào)為：

通過3×3光纖耦合器(12)解調(diào)反射強(qiáng)度變化ΔI_s(t)后，數(shù)據(jù)采集卡(30)采集的三路干涉信號(hào)表示為：

其中，是式(1)中所示的之和；和表示三路輸出信號(hào)之間的相位差；光纖耦合器的分光比為K₁∶K₂∶K₃；

由式(3)的三路干涉信號(hào)得到ΔI_s(t)：

其中，G＝K₂/K₁；H＝K₃/K₁；

步驟3信號(hào)采集過程

步驟1中激光器(22)發(fā)出激光的同時(shí)，激光器(22)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡(30)對(duì)光聲信號(hào)進(jìn)行同步采集。