[发明专利]超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头、检测方法

权利要求书

1.超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头，其特征在于，包括：引导光纤(1)、第一波长选择性透过薄膜(2)、波长选择性吸收膜(3)和第二波长选择性透过薄膜(4)；所述引导光纤(1)的输出端为平整端面，所述第一波长选择性透过薄膜(2)、所述波长选择性吸收膜(3)和所述第二波长选择性透过薄膜(4)依次覆盖于所述平整端面上；

当所述光纤超声探头工作在超声模式时，所述引导光纤(1)用于引导从其输入端入射的第一激励光(5)传输，第一激励光(5)透过所述第一波长选择性透过薄膜(2)照射到所述波长选择性吸收膜(3)上，被所述波长选择性吸收膜(3)吸收并激发出超声波信号，超声波信号向前传输并被待测物体反射回到光纤超声探头上，通过检测反射回的超声波信号，获取待测物体的图像信息；

当所述光纤超声探头工作在光声模式时，所述引导光纤(1)用于引导从其输入端入射的第二激励光(6)传输，所述第二激励光(6)依次通过所述第一波长选择性透过薄膜(2)、所述波长选择性吸收膜(3)和所述第二波长选择性透过薄膜(4)，被待测物体吸收并产生超声波信号，通过检测所述超声波信号，获取待测物体的图像信息；

所述引导光纤(1)还用于引导从其输入端入射的信号光(7)传输，信号光(7)一部分被所述第一波长选择性透过薄膜(2)反射回引导光纤(1)，另一部分透过所述第一波长选择性透过薄膜(2)和所述波长选择性吸收膜(3)，被所述第二波长选择性透过薄膜(4)反射，搭载探测到的超声波信号并作为检测光(8)返回引导光纤(1)，与被第一波长选择性透过薄膜(2)反射的部分信号光(7)发生干涉，作为干涉光(9)。

2.根据权利要求1所述的收发一体式光纤超声探头，其特征在于，所述波长选择性吸收膜(3)为杨氏模量100MPa至100GPa的聚合物材料与油性色精的混合物，对第二激励光(6)和信号光(7)的波长有90%以上的透过率，对第一激励光(5)的波长有90%以上的光吸收率，用于在超声模式下吸收第一激励光(5)并产生超声波信号，同时使信号光(7)和光声模式下的第二激励光(6)透过；聚合物材料热膨胀系数小于10^-4/°C，膜厚度为1μm~1mm；所述油性色精颜色与第一激励光(5)颜色互为互补色，油性色精与聚合物材料的混合质量比在1:10~1:100。

3.根据权利要求1所述的收发一体式光纤超声探头，其特征在于，所述第二波长选择性透过薄膜(4)受到反射回的超声波信号或者待测物体产生的超声波信号的激励，压迫所述波长选择性吸收膜(3)并使其厚度发生变化，变化频率等于超声波信号的频率。

4.根据权利要求3所述的收发一体式光纤超声探头，其特征在于，所述波长选择性吸收膜(3)和第二波长选择性透过薄膜(4)构成法布里-珀罗谐振腔，其腔长随波长选择性吸收膜(3)厚度变化发生改变。

5.根据权利要求1所述的收发一体式光纤超声探头，其特征在于，所述引导光纤(1)为双包层光纤，包括由内而外设置的纤芯、内包层和外包层；

所述纤芯直径为8μm~12μm，在信号光(7)波长的传输方式为单模传输；所述内包层直径为10μm~200μm，在第一激励光(5)、第二激励光(6)波长的传输方式为多模传输。

6.根据权利要求1所述的收发一体式光纤超声探头，其特征在于，所述第一波长选择性透过薄膜(2)和第二波长选择性透过薄膜(4)相同，厚度为500nm~5μm，对信号光(7)波长有90%以上的反射率，对第一激励光(5)、第二激励光(6)波长有90%以上的透射率。

7.根据权利要求1所述的收发一体式光纤超声探头，其特征在于，所述信号光(7)为窄线宽激光，所述第一激励光(5)为波长位于可见光波段的脉冲光或被调制的连续光，所述第二激励光(6)为脉冲光或被调制的连续光。

8.基于权利要求1至7任一项所述的超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

当光纤超声探头工作在超声模式下时，第一激励光(5)透过所述第一波长选择性透过薄膜(2)照射到所述波长选择性吸收膜(3)上，被所述波长选择性吸收膜(3)吸收并激发出超声波信号，超声波信号向前传输并被待测物体反射回到光纤超声探头上；

信号光(7)一部分被所述第一波长选择性透过薄膜(2)反射，另一部分透过所述第一波长选择性透过薄膜(2)和所述波长选择性吸收膜(3)，被所述第二波长选择性透过薄膜(4)反射，搭载反射回到光纤超声探头上的超声波信号并作为检测光(8)返回，与被第一波长选择性透过薄膜(2)反射的部分信号光发生干涉，作为干涉光(9)；

检测干涉光(9)的光功率，实现对超声波信号的检测；

当光纤超声探头工作在光声模式下时，第二激励光(6)依次通过所述第一波长选择性透过薄膜(2)、所述波长选择性吸收膜(3)和所述第二波长选择性透过薄膜(4)，被待测物体吸收并产生超声波信号；

信号光(7)一部分被所述第一波长选择性透过薄膜(2)反射，另一部分透过所述第一波长选择性透过薄膜(2)和所述波长选择性吸收膜(3)，被所述第二波长选择性透过薄膜(4)反射，搭载所述超声波信号并作为检测光(8)返回，与被第一波长选择性透过薄膜(2)反射的部分信号光发生干涉，作为干涉光(9)；

检测干涉光(9)的光功率，实现对超声波信号的检测。