[發(fā)明專利]一種基于超聲調(diào)制的貝塞爾光束大景深光聲顯微成像裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010706502.1
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111948145A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋賢林;魏劍霜;王玉皞;周輝林;宋玲芳
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/24
• 代理公司: 南昌金軒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 牛永山

1.一種基于超聲調(diào)制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像裝置，包括：脈沖激光器(1)、壓電陶瓷圓管(6)、三維掃描器(17)、數(shù)字脈沖延時器(12)、函數(shù)發(fā)生器(10)；

所述脈沖激光器(1)和所述數(shù)字脈沖延時器(12)、工作站(20)電性連接；

所述函數(shù)發(fā)生器(10)和D型觸發(fā)器(11)、壓電陶瓷圓管(6)電性連接；

所述工作站(20)和脈沖激光器(1)、采集卡(19)、三維掃描器(17)電性連接。

2.一種基于超聲調(diào)制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像方法，包括：

S1：脈沖激光器(1)發(fā)射激光脈沖，經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)將光斑大小整形至和壓電陶瓷圓管(6)口徑相當(dāng)后入射至填充滿光學(xué)透明液體的壓電陶瓷圓管(6)；

S2：使用函數(shù)發(fā)生器(10)對壓電陶瓷圓管(6)施加一個正弦射頻信號，壓電陶瓷圓管(6)內(nèi)外壁發(fā)生振動并產(chǎn)生超聲波，超聲波會周期性地調(diào)制局部光學(xué)透明液體密度，進(jìn)而改變光學(xué)透明液體折射率分布，徑向上光學(xué)透明液體折射率分布表現(xiàn)為零階貝塞爾函數(shù)分布，并且和正弦射頻信號同步變化；

S3：使用同步電路同步脈沖激光器(1)出光和壓電陶瓷圓管(6)內(nèi)液體折射率的變化，使脈沖激光器(1)固定在折射率變化的一個相位上出光；

通過控制數(shù)字脈沖延時器(12)的延時使脈沖激光器(1)在壓電陶瓷圓管(6)內(nèi)液體折射率變?yōu)檎畲蟮臅r候出光，此時壓電陶瓷圓管(6)內(nèi)液體徑向折射率分布為零階貝塞爾函數(shù)分布，這樣，經(jīng)超聲調(diào)制后從壓電陶瓷圓管(6)出來的光束為貝塞爾光束；

S4:將獲得的貝塞爾光束通過第五聚光透鏡(9)聚焦至樣品(16)上，產(chǎn)生的光聲信號經(jīng)過聲透鏡探測，經(jīng)放大器(18)放大，最后被采集卡(19)采集；

S5:使用三維掃描器(17)進(jìn)行二維光柵掃描獲取三維數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲調(diào)制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像方法，其特征在于：

S1中所述擴(kuò)束系統(tǒng)由第一聚光透鏡(2)和第二聚光透鏡(3)構(gòu)成，

所述壓電陶瓷圓管(6)經(jīng)過極化后在內(nèi)外壁上加鍍形成內(nèi)電極和外電極，內(nèi)電極從一端延展到外壁上，所述內(nèi)電極與所述外電極在外壁上和另一端的端面形成兩個間隙，

所述激光脈沖豎直入射至壓電陶瓷圓管(6)，為避免橫向放置時因為重力導(dǎo)致徑向折射率分布不對稱，壓電陶瓷圓管(6)為豎直放置，所述光學(xué)透明液體為硅油，所述硅油的運動粘度為50-150cSt、折射率為1-2、聲速為800-1200米/秒。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲調(diào)制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像方法，其特征在于：

S2的經(jīng)超聲調(diào)制后的所述光學(xué)透明液體折射率分布為其中n₀為介質(zhì)的靜態(tài)折射率，c_s為介質(zhì)中的聲速，ω為驅(qū)動信號的頻率，r和t分別表示位置和時間，J₀為零階貝塞爾函數(shù)，n_a是與ω、聲介質(zhì)物理特性有關(guān)的常數(shù)，折射率分布表現(xiàn)為零階貝塞爾函數(shù)，且隨時間與驅(qū)動信號同步變化。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲調(diào)制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像方法，其特征在于：

S3所述的同步電路由三維掃描器(17)、函數(shù)發(fā)生器(10)、D型觸發(fā)器(11)、數(shù)字脈沖延時器(12)構(gòu)成，使用函數(shù)發(fā)生器(10)輸出正弦射頻信號驅(qū)動壓電陶瓷圓管(6)，正弦射頻信號的同步信號接入D型觸發(fā)器(11)的時鐘端，三維掃描器(17)在橫向每移動一步會輸出位置同步信號接入D型觸發(fā)器(11)的D端，所述位置同步信號為TTL方波信號；

根據(jù)D型觸發(fā)器(11)的特征方程，只有在同步信號上升沿時，D型觸發(fā)器(11)才被觸發(fā)，輸出信號等于輸入信號；D型觸發(fā)器(11)的輸出端接入數(shù)字脈沖延時器(12)，數(shù)字脈沖延時器(12)輸出端用于觸發(fā)脈沖激光器(1)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲調(diào)制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像方法，其特征在于：

S4中所述聲透鏡由超聲換能器(13)和聲光耦合棱鏡(14)構(gòu)成，

所述聲光耦合棱鏡的數(shù)值孔徑為0.5。