[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

说明书

本发明公开了超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头、检测方法，属于超声波激发和检测技术领域。包括引导光纤、第一波长选择性透过薄膜、波长选择性吸收膜和第二波长选择性透过薄膜。当所述光纤超声探头工作超声模式时，由光纤探头本身吸收激励光并产生超声波，超声波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；当所述光纤探头工作在光声模式时，激励光透过光纤超声探头并向前传输到待测物体上，待测物体吸收激励光并产生超声波，光纤探头通过检测待测物体产生的超声波，获取待测物体的图像信息。本发明使得光纤超声探头可以在超声、光声两种工作模式下同时实现超声激发和超声检测。

技术领域

本发明属于超声激发和检测技术领域，更具体地，涉及超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头、检测方法。

背景技术

光声成像和超声成像技术利用超声波波长短、穿透性强的优点，在医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用。光声成像技术通过将激发光脉冲照射到待测物体上，待测物体吸收激光脉冲后由光声效应产生超声波；超声成像技术通过具有超声激发功能的超声换能器产生一个超声脉冲，该脉冲到达待测物体表面后被待测物体反射。通过具有超声探测功能的超声传感器对超声信号进行探测，实现对待测物体表面或内部的成像，进一步完成对待测物体表面、内部结构的分析。

具有超声激发功能的光纤超声换能器和具有超声检测功能的光纤超声传感器在超声成像和光声成像领域应用广泛。与传统的压电超声换能器相比，光纤超声换能器通过光声效应将激励激光转化为超声波发射出去，由于其尺寸小、成本低、抗电磁干扰等优点受到了广泛的关注。目前光纤超声换能器主要基于一种高热膨胀系数弹性材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，和一种高光学吸收材料，如炭黑、石墨烯、碳纳米管、金纳米颗粒等。但此类光纤超声换能器无法做到同时完成超声激发和超声探测，在超声成像系统中仍需要一个外部超声传感器来进行超声探测，因而系统尺寸难以进一步缩小。光纤超声传感器通过测量由超声波引起的传感器探头物理参量的变化，实现对超声波信号的检测。目前光纤超声传感器主要有法布里-帕罗干涉型、马赫-曾德干涉型、低相干迈克尔逊干涉型等。此类光纤超声传感器只能检测超声波信号，不能同时具有超声激发的功能，因此在超声成像系统中也需要一个外部超声换能器来进行超声激发，因而系统尺寸同样难以进一步缩小。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头、检测方法，旨在解决现有光纤超声探头无法同时实现超声激发和超声检测的技术问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了超声、光声双模态收发一体式光纤超声探头包括：引导光纤、第一波长选择性透过薄膜、波长选择性吸收膜、第二波长选择性透过薄膜；所述引导光纤的输出端面为平整端面，所述第一波长选择性透过薄膜、所述波长选择性吸收膜和所述第二波长选择性透过薄膜依次覆盖于所述平整端面上。

当所述光纤超声探头工作超声模式时，所述引导光纤用于引导从其输入端入射的第一激励光传输，第一激励光透过所述第一波长选择性透过薄膜照射到所述波长选择性吸收膜上，被所述波长选择性吸收膜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，所述引导光纤用于引导从其输入端入射的第二激励光传输，所述第二激励光依次通过所述第一波长选择性透过薄膜、所述波长选择性吸收膜和所述第二波长选择性透过薄膜，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。

所述引导光纤还用于引导从其输入端入射的信号光传输，信号光部分被所述第一波长选择性透过薄膜反射，部分传输到所述第二波长选择性透过薄膜，搭载探测到的超声信号并作为检测光反射，两反射光在所述引导光纤中发生干涉，最终作为干涉光被反射回所述引导光纤。