CN117825522A - 一种光纤多点超声发射装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤多点超声发射装置及制备方法，所述装置通过在传输光纤上设置若干中间细、两端粗的锥形结构，以使所述传输光纤在接收到所述加热光源输入的激光时，各个锥形结构的部分光纤基模能量能够耦合至包层模，以使各个锥形结构附近的光吸收溶液在吸收所述光纤基模能量后发生相变并引起空化，继而从产生超声脉冲并从空心封装管侧面的薄膜出射窗口射出。实现在一个光纤超声发射装置的不同位置发出超声脉冲，进而用于多点位置的超声健康结构检测与医学超声消融等应用。
Description
技术领域
本发明涉及超声信号发生领域，尤其涉及一种光纤多点超声发射装置及制备方法。
背景技术
超声发射是超声无损检测、生物医学成像等诸多应用中的核心技术之一。传统超声发射装置通过压电陶瓷在电学激励下产生物理形变，进而产生超声波。这种超声发射装置不仅易受电磁干扰影响，而且存在体积大、带宽受限等问题。因此，目前针对狭窄空间内的无损检测领域，常用的装置是基于光声转换效应的全光纤超声发射装置。全光纤超声发射装置按照装置结构主要有端面超声发射结构。
基于光纤端面结构的超声发射装置虽然能够控制超声传播方向以及超声波的形状，获得高的光声转换效率。但是，对于建筑结构的健康监测和精确的生物成像而言，光纤端面结构的超声发射装置这种单点测量技术只能提供局部的测量结果，难以获得全面且准确的测量数据。
发明内容
本发明实施例提供一种光纤多点超声发射装置及制备方法，能有效弥补现有技术的单点测量技术只能提供局部的测量结果，难以获得全面且准确的测量数据的缺陷
本发明一实施例提供一种光纤多点超声发射装置，包括：加热光源、传输光纤、光吸收溶液、薄膜、以及空心封装管；
其中，所述传输光纤由若干中间细、两端粗的锥形结构所构成，且若干所述锥形结构均浸泡于所述空心封装管内的光吸收溶液中；
所述传输光纤的输入端与所述加热光源相连；
所述空心封装管侧面设置有由薄膜密封构成的超声脉冲的出射窗口。
进一步的，所述光吸收溶液为硝酸铜溶液或硫酸铜溶液。
进一步的，所述加热光源发出的激光为连续的可见光或红外光，且所述激光的波长位于所述光吸收溶液吸收波段范围内。
进一步的，所述传输光纤为单模光纤或多模光纤，且所述传输光纤的锥形结构通过拉制形成。
进一步的，所述传输光纤的锥形结构的中间区域，直径小于20微米，且长度小于1毫米。
进一步的，所述薄膜的材质为聚乙烯或其它透声材料。
进一步的，所述空心封装管由聚合物材料所构成，且内径在0.13毫米至5毫米区间内。
进一步的，所述空心封装管的两端以及所述空心封装管与所述薄膜的连接处，均通过粘合剂密封。
本发明另一实施例提供了一种光纤多点超声发射装置的制备方法，用于制备如上述发明实施例任意一项所述的一种光纤多点超声发射装置；
所述制备方法，包括：
切割传输光纤；
将所述传输光纤进行拉制，形成若干个中间细、两端粗的锥形结构；
使用粘合剂，将薄膜与空心封装管侧壁的开口进行连接密封；
将拉制后的所述传输光纤放置于所述空心封装管内，并注入光吸收溶液，继而使用粘合剂，将所述空心封装管两端密封；
将加热光源与所述传输光纤的输入端连接。
进一步的，在所述将加热光源与所述传输光纤的输入端连接之后，还包括：
通过所述加热光源向所述传输光纤输入一束连续激光，以使所述传输光纤若干锥形结构附近区域的光吸收溶液在吸收由所述传输光纤产生的倏逝波能量后发生热空化效应，继而在每个锥形结构附近的区域发射出超声脉冲。
通过实施本发明具有如下有益效果：
本发明公开了一种光纤多点超声发射装置及制备方法，所述装置通过在传输光纤上设置若干中间细、两端粗的锥形结构，以使所述传输光纤在接收到所述加热光源输入的激光时，各个锥形结构的部分光纤基模能量能够耦合至光纤表面的倏逝波，以使各个锥形结构附近的光吸收溶液在吸收所述倏逝波能量后发生相变并引起空化，继而从产生超声脉冲并从空心封装管侧面的薄膜出射窗口射出。实现在一个光纤超声发射装置上发出多个超声脉冲，进而用于多点位置的超声健康结构检测与医学超声消融等应用。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种光纤多点超声发射装置的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种光纤多点超声发射装置的传输光纤的锥形结构的结构示意图。
图3是本发明另一实施例提供的一种光纤多点超声发射装置的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明一实施例提供的一种光纤多点超声发射装置的结构示意图，包括：加热光源1、传输光纤2、光吸收溶液3、薄膜4、以及空心封装管5；
其中，所述传输光纤2由若干中间细、两端粗的锥形结构21所构成，且若干所述锥形结构均浸泡于所述空心封装管5内的光吸收溶液3中；
所述传输光纤2的输入端与所述加热光源1相连；
所述空心封装管5侧面设置有由薄膜4密封构成的超声脉冲的出射窗口。
在本发明一实施例中，所述传输光纤2的若干如图2所述的锥形结构21均浸泡在光吸收溶液3中，以使传输光纤2从输入端接收所述加热光源1发射的激光后，其锥形结构区域21产生的部分光纤基模能量耦合至表面倏逝波，并被附近的光吸收溶液3吸收，继而引起相变产生空化，在每个锥形结构21区域发射出超声脉冲，并从空心封装管侧面的薄膜出射窗口射出。实现在一个光纤超声发射装置上发出多个超声脉冲，进而用于多点位置的超声健康结构检测与医学超声消融等应用。
优选的，在本实施例提供的一种光纤多点超声发射装置中，所述光吸收溶液3为硝酸铜溶液或硫酸铜溶液。
在本发明一实施例中，所述光吸收溶液3选用吸收峰为980nm的硝酸铜溶液，或吸收峰为808nm的硫酸铜溶液，容易理解的是，通过调整所述光吸收溶液3的浓度可以改变所述光纤多点超声发射装置发射的超声脉冲的强度、频带与重复频率等特性参数。
优选的，在本实施例提供的一种光纤多点超声发射装置中，所述加热光源1发出的激光为连续的可见光或红外光，且所述激光的波长位于所述光吸收溶液吸收波段范围内。
在本发明一实施例中，所述加热光源1为低成本的单波长连续激光器，其发射的激光的波长位于可见光到近红外波段，在实际运用中，其中心波长需要根据光吸收溶液3的吸收光谱峰值波长来选取。容易理解的是，通过调整所述加热光源1的激光功率，可以进一步调节所述光纤多点超声发射装置所产生超声脉冲的强度、带宽和重频参数。
优选的，在本实施例提供的一种光纤多点超声发射装置中，所述传输光纤2为单模光纤或多模光纤，且所述传输光纤的锥形结构21通过拉制形成。
在本发明一实施例中，在实际运用中，可根据实际场景灵活选用所述传输光纤2的类型，且根据实际所需的超声脉冲的发射位置、数量和间距，采用光纤拉制工艺对所述传输光纤2进行拉制，在所述传输光纤2上拉制出相应数量的结构相同的锥形结构21。
优选的，所述传输光纤2的锥形结构21的中间区域，直径小于20微米，且长度小于1毫米。
在本发明一实施例中，经实验表明，当所述传输光纤2中如图2所示的锥形结构21的中间区域，直径小于20微米，且长度小于1毫米时，能够最有效地使得所述光吸收溶液发生热空化效应。但需要说明的是，在实际应用中，可通过调整所述锥形结构21的结构来进一步灵活调节所述光纤多点超声发射装置所产生超声脉冲的强度、带宽和重频参数。
优选的，在本实施例提供的一种光纤多点超声发射装置中，所述薄膜4的材质为聚乙烯或其它透声材料。
在本发明一实施例中，利用聚乙烯具备优秀的声透射系数的特性，以聚乙烯材质的薄膜作为超声脉冲的出射窗口，能够保证空心管内溶液空化产生的超声能够最大效率的传出。容易理解的是，除聚乙烯外，还可采用其他透声材料的薄膜作为超声脉冲的射窗口。
优选的，在本实施例提供的一种光纤多点超声发射装置中，所述空心封装管5由聚合物材料所构成，且内径在0.13毫米至5毫米区间内。
优选的，在本实施例提供的一种光纤多点超声发射装置中，所述空心封装管的两端以及所述空心封装管与所述薄膜的连接处，均通过粘合剂密封。
在本发明一实施例中，所述空心封装管5侧面设有开口，用于与薄膜4连接构成超声脉冲的出射窗口，具体的，使用紫外固化胶作为粘合剂，将所述薄膜4和所述空心封装管5进行密封连接。且在所述传输光纤2放置于所述空心封装管5内以及所述光吸收溶液3注满所述空心封装管5后，采用所述紫外固化胶将所述空心封装管5的两端进行完全密封，以隔绝所述光吸收溶液3与外部环境。进一步的，在密封的过程中还可以通过所述紫外固化胶将所述传输光纤2固定在所述空心封装管5中。
本发明所公开的一种光纤多点超声发射装置，其主要用于产生超声脉冲的结构仅由传输光纤与光吸收溶液构成，因此装置体积足够小，且不仅能够保证所述光纤多点超声发射装置产生超声脉冲参数可调，还能够保证在应用过程中可以消除电磁干扰影响。因此，本发明所公开的光纤多点超声发射装置适用于诸如血管，金属裂隙等狭窄空间中。且所述光纤多点超声发射装置的传输光纤上设有若干锥形结构，用于发出若干个相同强度的超声脉冲，降低了装置制作工艺复杂程度以及成本。
如图3所示，为本发明另一实施例提供的一种光纤多点超声发射装置的制备方法的流程示意图，用于制备如上述发明实施例任意一项所述的一种光纤多点超声发射装置；
所述制备方法，包括：
S1、切割传输光纤；
在本发明一实施例中，根据实际的运用场景选用单模光纤或多模光纤进行切割，并清洗其端面。
S2、将所述传输光纤进行拉制，形成若干个中间细、两端粗的锥形结构；
在本发明一实施例中，根据实际所需的超声脉冲的发射位置、数量和间距，采用光纤拉制工艺对所述传输光纤进行拉制，在所述传输光纤上拉制出相应数量的结构相同的锥形结构。
优选的，所述锥形结构的中间区域，直径小于20微米，且长度小于1毫米。
S3、使用粘合剂，将薄膜与空心封装管侧壁的开口进行连接密封；
在本发明一实施例中，采用紫外固化胶将薄膜与预设在空心封装管侧壁的开口进行连接密封，作为超声脉冲的发射窗口。
S4、将拉制后的所述传输光纤放置于所述空心封装管内，并注入光吸收溶液，继而使用粘合剂，将所述空心封装管两端密封；
在本发明一实施例中，为防止由于所述传输光纤设置有若干锥形结构，使得空心封装管内存在多余的空气，通过先将拉制后的传输光纤放置于所述空心封装管内，再向所述空心封装管内注入光吸收溶液，以使后注入的光吸收溶液能够将所述空心封装管内的空气排净。且在所述传输光纤放置于所述空心封装管内以及所述光吸收溶液注满所述空心封装管后，采用所述紫外固化胶将所述空心封装管的两端进行完全密封，以隔绝所述光吸收溶液与外部环境。进一步的，在密封的过程中还可以通过所述紫外固化胶将所述传输光纤固定在所述空心封装管中。
S5、将加热光源与所述传输光纤的输入端连接。
在本发明一实施例中，通过将加热光源与所述传输光纤的输入端连接，以使后续加热光源发射的激光能够传输入空心封装管的内部。
优选的，在所述将加热光源与所述传输光纤的输入端连接之后，还包括：
通过所述加热光源向所述传输光纤输入一束连续激光，以使所述传输光纤若干锥形结构附近区域的光吸收溶液在吸收由所述传输光纤产生的光纤倏逝波后发生热空化效应，继而在每个锥形结构附近的区域发射出超声脉冲。
在本发明一优选的实施例中，所述加热光源采用低功率980nm的连续波长激光器，功率值从0-100mW可调。且所述传输光纤采用经过光纤拉锥后的单模光纤，且所述传输光纤上有多个相同的锥形结构。所述光吸收溶液采用饱和的硝酸铜溶液，浓度约为1.3g/mL，以使所述光吸收溶液在波长980nm附近具有较大的光吸收系数(～135cm-1)。
容易理解的是，在低功率980nm的连续波长激光器将一束连续激光输入传输光纤的输入端后，所述传输光纤的若干锥形结构区域产生的部分光纤基模能量耦合至表面倏逝波被硝酸铜溶液吸收，引起硝酸铜溶液相变并产生相变，进而在每个锥形结构附近的区域发射出超声脉冲，并从空心封装管侧面的薄膜出射窗口射出。
本发明公开了一种光纤多点超声发射装置的制备方法，通过在传输光纤上拉制出若干中间细、两端粗的锥形结构，以使所述传输光纤在接收到所述加热光源输入的激光时，各个锥形结构的部分光纤基模能量能够耦合至倏逝波，以使各个锥形结构附近的光吸收溶液在吸收所述光纤基模能量后发生相变并引起空化，继而从产生超声脉冲并从空心封装管侧面的薄膜出射窗口射出。以使制备出的光纤多点超声发射装置实现在一个装置上发出多个超声脉冲，进而用于多点位置的超声健康结构检测与医学超声消融等应用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，包括：加热光源、传输光纤、光吸收溶液、薄膜、以及空心封装管；
其中，所述传输光纤由若干中间细、两端粗的锥形结构所构成，且若干所述锥形结构均浸泡于所述空心封装管内的光吸收溶液中；
所述传输光纤的输入端与所述加热光源相连；
所述空心封装管侧面设置有由薄膜密封构成的超声脉冲的出射窗口。
2.如权利要求1所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述光吸收溶液为硝酸铜溶液或硫酸铜溶液。
3.如权利要求2所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述加热光源发出的激光为连续的可见光或红外光，且所述激光的波长位于所述光吸收溶液吸收波段范围内。
4.如权利要求3所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述传输光纤为单模光纤或多模光纤，且所述传输光纤的锥形结构通过拉制形成。
5.如权利要求4所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述传输光纤的锥形结构的中间区域，直径小于20微米，且长度小于1毫米。
6.如权利要求5所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述薄膜的材质为聚乙烯或其它透声材料。
7.如权利要求6所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述空心封装管由聚合物材料所构成，且内径在0.13毫米至5毫米区间内。
8.如权利要求7所述的一种光纤多点超声发射装置，其特征在于，所述空心封装管的两端以及所述空心封装管与所述薄膜的连接处，均通过粘合剂密封。
9.一种光纤多点超声发射装置的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-8中任一所述的一种光纤多点超声发射装置；
所述制备方法，包括：
切割传输光纤；
将所述传输光纤进行拉制，形成若干个中间细、两端粗的锥形结构；
使用粘合剂，将薄膜与空心封装管侧壁的开口进行连接密封；
将拉制后的所述传输光纤放置于所述空心封装管内，并注入光吸收溶液，继而使用粘合剂，将所述空心封装管两端密封；
将加热光源与所述传输光纤的输入端连接。
10.如权利要求9所述的一种光纤多点超声发射装置的制备方法，其特征在于，在所述将加热光源与所述传输光纤的输入端连接之后，还包括：
通过所述加热光源向所述传输光纤输入一束连续激光，以使所述传输光纤若干锥形结构附近区域的光吸收溶液在吸收由所述传输光纤产生的倏逝波能量后发生热空化效应，继而在每个锥形结构附近的区域发射出超声脉冲。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311735876.6A CN117825522A (zh) | 2023-12-18 | 2023-12-18 | 一种光纤多点超声发射装置及制备方法 |
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| CN202311735876.6A CN117825522A (zh) | 2023-12-18 | 2023-12-18 | 一种光纤多点超声发射装置及制备方法 |
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