CN1195389C - 高强度聚焦超声测量用光纤水听器 - Google Patents
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Abstract
一种高强度聚焦超声测量用光纤水听器，本发明包括；氦-氖半导体激光器，两个2×2的3dB光纤耦合器，压电陶瓷驱动的平面镜一面，两根Y型光纤，带宽要求＞30MHz的对称光电探测器PIN，其连接方式为：第一个3dB光纤耦合器有四个引脚，第二个3dB光纤耦合器的四个引脚，Y型光纤的引脚有两个，氦-氖激光器直接同3dB光纤耦合器的连接光纤相连，在第一个3dB光纤耦合器的另一侧的两条光纤分别与两个Y型光纤的连接光纤相连，两个Y型光纤同时又与第二个3dB光纤耦合器一侧的两条光纤相连，第二个3dB光纤耦合器同光电探测器的连接。本发明具有具有体积小、便于携带、无需光学平台等优点，采用马赫-曾特尔光纤干涉仪可以获得高6dB信噪比的信号。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光纤水听器，特别是一种高强度聚焦超声测量用光纤水听器，属于测量仪领域。
背景技术
近几年，高强度聚焦超声治疗肿瘤成为了肿瘤治疗中的新方法，根据已有高强度聚焦超声装置的数据，高强度聚焦超声聚焦声场呈椭球状(长轴约6～10mm，短轴约1mm)。因此要求测量用的水听器的直径要小于0.5mm。同时，在焦点处，聚焦声压最大可达10000W/cm2，并产生高热(＞70℃)。正是由于声压很大，必然会产生很强的非线性高次谐波。德国人Ch.Koch，Calibration ofa fiber tip ultrasonic sensor upto 50MHz and the application to shock wave measurement，Ch.Koch，G.Ludwig，W.Molkenstruck，Ultrasonic，36(1998)，p721-725研究了一种新型的端面法光纤水听器测量超声场。它由一个He-Ne激光器(12mW)，一个光隔离器，一个极化分束镜，一个分束镜，压电陶瓷驱动的平面镜，一片四分之一波片以及一个平衡光电检测检测器(其带宽是70MHz)，和一段一端镀膜的光纤组成，由于这种水听器是采用分立的光学元件组成的，各部件之间是分立的，他们之间的连接是通过激光连接，它是以极化分束器为中心元件，左面连接光隔离器，光隔离器再同激光器相连，右面是连接一四分之一波片，然后再同压电陶瓷驱动的平面镜相连，下面同一段一端镀膜的光纤相连，上面连接分束镜相连，该分束镜还连接一平衡光电检测检测器。He-Ne激光通过光隔离器后，经过极化分束镜被分为两束，一束作为参考臂，一束作为信号臂，其中信号臂通过一透镜耦合进入一段镀膜的光纤，而参考臂通过一片四分之一波片照射到由压电陶瓷驱动的平面镜上。激光在参考臂和信号臂的端面都会发生反射，反射到光电检测设备上产生干涉并转换为电信号。
但Ch.Koch给出的是一个透镜和光纤的混合系统。光纤只是作为传感元件，没有充分利用光纤的优势。因为作为高强度聚焦超声治疗仪的测量装置，它必须是便于移动的，而不是放置于光学平台上的装置。如果简单的将其中光学元件部分用光纤替代，其中的四分之一波片比较难解决，如果不采用四分之一波片，那么在平衡光电二极上的电信号将是一样的，这样很难消除光电转换的噪声。
发明内容
本发明克服现有技术中光纤水听器噪声大，以及光路-光纤混合系统体积较大不易移动的缺点，设计一个便携式，高信噪比的高强度聚焦超声测量用光纤水听器。本发明主要组成部分可以分为光纤部分和相位调制器，光纤部分主要包括：氦-氖半导体激光器，两个2×2的3dB光纤耦合器，压电陶瓷驱动的平面镜一面，两根Y型光纤，带宽要求＞30MHz的对称光电探测器PIN，其连接方式为：第一个3dB光纤耦合器有四个引脚，分别是C1a、C1b、C1c、C1d，第二个3dB光纤耦合器的四个引脚，分别是C2a、C2b、C2c、C2d，Y型光纤的引脚有两个，两个Y型光纤分别是P1a、P1b、和P2a、P2b，氦-氖激光器直接同3dB光纤耦合器的C1b连接光纤相连，在第一个3dB光纤耦合器的另一侧的两条光纤分别与两个Y型光纤的连接光纤相连，C1d与P1a，C1c与P2a相连，两个Y型光纤同时又与第二个3dB光纤耦合器一侧的两条光纤相连，C2b与P1b，C2a与P2b相连，第二个3dB光纤耦合器同光电探测器的连接是：C2c同PIN2相连，C2d同PIN1相连。
PIN1和PIN2通过屏蔽线连接到反馈电路上，反馈电路的输出分为两路，一路作为输出，提供为示波器，另一路输出用屏蔽线连接到驱动平面镜的压电陶瓷上。
当氦-氖光注入光纤，通过第一个3dB光纤耦合器后，氦-氖光被一分为二，一路通过有相位调制器的参考臂，另一路进入信号臂，这两个臂都是Y型光纤。信号臂的Y型的光纤端面上镀有钛，经端面反射后，再通过第二个3dB光纤耦合器后，进入测量端。参考臂激光进入Y型光纤，照射到一个压电陶瓷驱动的平面镜上，反射回到参考臂，然后再通过第二个3dB光纤耦合器进入测量端进行光电转换。光电转换是采用对称的光电探测器，其带宽应该是待测信号的10倍以上，因为干涉仪上响应的是干涉信号，干涉信号的带宽远大于待测信号本身。置于水箱中的光纤可置于针管中，光纤端面只露出1～2毫米，并用硅橡胶将针与光纤固为一体。这样光纤不会摆动，一方面保护光纤，另一方面防止光纤摆动，减少干扰源。同时针管置于光纤五维调整架中，这样可以精确的调整光纤的指向方向。
本发明具有实质性特点和显著进步，具有体积小、便于携带、无需光学平台等优点，采用马赫-曾特尔光纤干涉仪可以获得高6dB信噪比的信号。
附图说明
图1本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明主要由光纤部分和相位调制器组成，光纤部分包括：氦-氖半导体激光器，两个2×2的3dB光纤耦合器，压电陶瓷驱动的平面镜一面，两根Y型光纤，带宽要求＞30MHz的对称光电探测器PIN，其连接方式为：第一个3dB光纤耦合器有四个引脚，分别是C1a、C1b、C1c、C1d，第二个3dB光纤耦合器的四个引脚，分别是C2a、C2b、C2c、C2d，Y型光纤的引脚有两个，两个Y型光纤分别是P1a、P1b、和P2a、P2b，氦-氖激光器直接同3dB光纤耦合器的C1b连接光纤相连，在第一个3dB光纤耦合器的另一侧的两条光纤分别与两个Y型光纤的连接光纤相连，C1d与P1a，C1c与P2a相连，两个Y型光纤同时又与第二个3dB光纤耦合器一侧的两条光纤相连，C2b与P1b，C2a与P2b相连，第二个3dB光纤耦合器同光电探测器的连接是：C2c同PIN2相连，C2d同PIN1相连。
Claims (1)
1、一种高强度聚焦超声测量用光纤水听器，包括：光纤部分和相位调制器，光纤部分包括：氦-氖半导体激光器，压电陶瓷驱动的平面镜一面，其特征在于，光纤部分还包括：两个2×2的3dB光纤耦合器，两根Y型光纤和带宽要求＞30MHz的对称光电探测器PIN1和PIN2，PIN1和PIN2通过屏蔽线连接到反馈电路上，反馈电路的输出分为两路，一路作为输出，提供为示波器，另一路输出用屏蔽线连接到驱动平面镜的压电陶瓷上，其连接方式为：第一个3dB光纤耦合器有四个引脚，分别是C1a、C1b、C1c、C1d，第二个3dB光纤耦合器的四个引脚，分别是C2a、C2b、C2c、C2d，Y型光纤的引脚有两个，两个Y型光纤分别是P1a、P1b、和P2a、P2b，氦-氖激光器直接同3dB光纤耦合器的C1b连接光纤相连，在第一个3dB光纤耦合器的另一侧的两条光纤分别与两个Y型光纤的连接光纤相连，C1d与P1a，C1c与P2a相连，两个Y型光纤同时又与第二个3dB光纤耦合器一侧的两条光纤相连，C2b与P1b，C2a与P2b相连，第二个3dB光纤耦合器同光电探测器的连接是：C2c同PIN2相连，C2d同PIN1相连。
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