[发明专利]一种基于无芯光纤的分布式光纤激光超声换能装置

权利要求书

1.一种基于无芯光纤的分布式光纤激光超声换能装置，其特征在于：所述超声换能装置基于无芯光纤的包层能量辐射比可控，通过将脉冲种子源、高功率掺铒光纤光放大器、高功率光纤隔离器以及具有无芯光纤的能量辐射结构组依次连接组成分布式光纤激光超声换能系统；其中，所述具有无芯光纤的能量辐射结构组包扩若干个由不同长度的无芯光纤的包层模激发单元，每个单元的具体结构为单模光纤-无芯光纤-单模光纤，所述的若干个包层模激发单元是按照无芯光纤部分的长度由短到长顺次连接；

其中，所述包层模激发单元包括导入单模光纤、无芯光纤、导出单模光纤以及光声转换材料；其工作过程是，入射的基模光束在导入单模光纤中传输，到达无芯光纤时激发出各种高阶模式，然后进入到导出单模光纤时形成导模传输到光声转换材料处，所述光声转换材料处的包层模用于产生超声信号，而在所述导出单模光纤的纤芯中传输的芯模继续在纤芯中传输直到下一个包层模激发单元的超声激发点。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤激光超声换能装置，其特征在于：所述光声转换材料包括复合材料和金属材料；所述复合材料包括金纳米颗粒-聚二甲基硅氧烷混合物、石墨-环氧树脂混合物、碳纳米纤维-聚二甲基硅氧烷混合物或者碳纳米管-聚二甲基硅氧烷混合物；金属材料包括铬、钢、金、金纳米颗粒或者钛铝合金。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤激光超声换能装置，其特征在于：所述包层模激发单元的制备包括导出单模光纤处的涂覆层的去除、包层的腐蚀以及超声激发材料的涂敷，其中，超声激发材料吸收包层模能量产生超声信号。

4.根据权利要求1所述的分布式光纤激光超声换能装置，其特征在于：利用无芯光纤与单模光纤模式失配的特点以及无芯光纤包层模能量分布的特性，制备出不同激光能量耦合比的超声换能单元；当经过高功率掺铒光纤光放大器放大的脉冲激光到达无芯光纤单元处时，包层模式被激发，并且进入导出的单模光纤时，一部分激光能量继续留在纤芯传输为下游的超声激发点提供能量，另一部分能量转变为包层模式，传输一段距离后被涂敷的超声激发材料吸收用于超声激发。

5.根据权利要求1-4任一项所述的分布式光纤激光超声换能装置，其特征在于：单个包层模激发单元的制备流程为：首先(1)将无芯光纤与空芯光纤熔接，然后(2)切割下一段无芯光纤，再(3)将解理后的无芯光纤与单模光纤熔接在一起，接着(4)使用机械微位移平台和高倍率显微装置精确切割下一定长度的无芯光纤，最后(5)将这一端的无芯光纤与单模光纤熔接。