高強度聚焦超聲測量用光纖水聽器的製作方法
2023-12-07 09:43:46
專利名稱：高強度聚焦超聲測量用光纖水聽器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光纖水聽器，特別是一種高強度聚焦超聲測量用光纖水聽器，屬於測量儀領域。
背景技術：
近幾年，高強度聚焦超聲治療腫瘤成為了腫瘤治療中的新方法，根據已有高強度聚焦超聲裝置的數據，高強度聚焦超聲聚焦聲場呈橢球狀(長軸約6～10mm，短軸約1mm)。因此要求測量用的水聽器的直徑要小於0.5mm。同時，在焦點處，聚焦聲壓最大可達10000W/cm2，並產生高熱(＞70℃)。正是由於聲壓很大，必然會產生很強的非線性高次諧波。德國人Ch.Koch，Calibration of a fiber tip ultrasonic sensor up to 50MHz and the application toshock wave measurement，Ch.Koch，G.Ludwig，W.Molkenstruck，Ultrasonic，36(1998)，p721-725研究了一種新型的端面法光纖水聽器測量超聲場。它由一個He-Ne雷射器(12mW)，一個光隔離器，一個極化分束鏡，一個分束鏡，壓電陶瓷驅動的平面鏡，一片四分之一波片以及一個平衡光電檢測檢測器(其帶寬是70MHz)，和一段一端鍍膜的光纖組成，由於這種水聽器是採用分立的光學元件組成的，各部件之間是分立的，他們之間的連接是通過雷射連接，它是以極化分束器為中心元件，左面連接光隔離器，光隔離器再同雷射器相連，右面是連接一四分之一波片，然後再同壓電陶瓷驅動的平面鏡相連，下面同一段一端鍍膜的光纖相連，上面連接分束鏡相連，該分束鏡還連接一平衡光電檢測檢測器。He-Ne雷射通過光隔離器後，經過極化分束鏡被分為兩束，一束作為參考臂，一束作為信號臂，其中信號臂通過一透鏡耦合進入一段鍍膜的光纖，而參考臂通過一片四分之一波片照射到由壓電陶瓷驅動的平面鏡上。雷射在參考臂和信號臂的端面都會發生反射，反射到光電檢測設備上產生幹涉並轉換為電信號。
但Ch.Koch給出的是一個透鏡和光纖的混合系統。光纖只是作為傳感元件，沒有充分利用光纖的優勢。因為作為高強度聚焦超聲治療儀的測量裝置，它必須是便於移動的，而不是放置於光學平臺上的裝置。如果簡單的將其中光學元件部分用光纖替代，其中的四分之一波片比較難解決，如果不採用四分之一波片，那麼在平衡光電二極上的電信號將是一樣的，這樣很難消除光電轉換的噪聲。
發明內容
本發明克服現有技術中光纖水聽器噪聲大，以及光路—光纖混合系統體積較大不易移動的缺點，設計一個可攜式，高信噪比的高強度聚焦超聲測量用光纖水聽器。本發明主要組成部分可以分為光纖部分和處理電路部分，光纖部分主要包括He-Ne半導體雷射器，兩個2×2的3dB光纖耦合器，壓電陶瓷驅動的平面鏡一面，兩根Y型光纖，帶寬要求＞30MHz的對稱光電探測器PIN，其連接方式為第一個3dB光纖耦合器有四個引腳，分別是C1a、C1b、C1c、C1d，第二個3dB光纖耦合器的四個引腳，分別是C2a、C2b、C2c、C2d，Y型光纖的引腳有兩個，兩個Y型光纖分別是P1a、P1b、和P2a、P2b，He-Ne雷射器直接同3dB光纖耦合器的C1b連接光纖相連，在第一個3dB光纖耦合器的另一側的兩條光纖分別與兩個Y型光纖的連接光纖相連，C1d與P1a，C1c與P2a相連，兩個Y型光纖同時又與第二個3dB光纖耦合器一側的兩條光纖相連，C2b與P1b，C2a與P2b相連，第二個3dB光纖耦合器同光電探測器的連接是C2c同PIN2相連，C2d同PIN1相連。
PIN1和PIN2通過屏蔽線連接到反饋電路上，反饋電路的輸出分為兩路，一路作為輸出，提供為示波器，另一路輸出用屏蔽線連接到驅動平面鏡的壓電陶瓷上。
當He-Ne光注入光纖，通過第一個3dB光纖耦合器後，He-Ne光被一分為二，一路通過有相位調製器的參考臂，另一路進入信號臂，這兩個臂都是Y型光纖。信號臂的Y型的光纖端面上鍍有鈦，經端面反射後，再通過第二個3dB光纖耦合器後，進入測量端。參考臂雷射進入Y型光纖，照射到一個壓電陶瓷驅動的平面鏡上，反射回到參考臂，然後再通過第二個3dB光纖耦合器進入測量端進行光電轉換。光電轉換是採用對稱的光電探測器，其帶寬應該是待測信號的10倍以上，因為幹涉儀上響應的是幹涉信號，幹涉信號的帶寬遠大於待測信號本身。置於水箱中的光纖可置於針管中，光纖端面只露出1～2毫米，並用矽橡膠將針與光纖固為一體。這樣光纖不會擺動，一方面保護光纖，另一方面防止光纖擺動，減少幹擾源。同時針管置於光纖五維調整架中，這樣可以精確的調整光纖的指向方向。
本發明具有實質性特點和顯著進步，具有體積小、便於攜帶、無需光學平臺等優點，採用馬赫—曾特爾光纖幹涉儀可以獲得高6dB信噪比的信號。
圖1本發明結構示意圖
具體實施例方式如圖1所示，本發明主要由光纖部分和處理電路部分組成，光纖部分主要包括He-Ne半導體雷射器，兩個2×2的3dB光纖耦合器，壓電陶瓷驅動的平面鏡一面，兩根Y型光纖，帶寬要求＞30MHz的對稱光電探測器PIN，其連接方式為第一個3dB光纖耦合器有四個引腳，分別是C1a、C1b、C1c、C1d，第二個3dB光纖耦合器的四個引腳，分別是C2a、C2b、C2c、C2d，Y型光纖的引腳有兩個，兩個Y型光纖分別是P1a、P1b、和P2a、P2b，He-Ne雷射器直接同3dB光纖耦合器的C1b連接光纖相連，在第一個3dB光纖耦合器的另一側的兩條光纖分別與兩個Y型光纖的連接光纖相連，C1d與P1a，C1c與P2a相連，兩個Y型光纖同時又與第二個3dB光纖耦合器一側的兩條光纖相連，C2b與P1b，C2a與P2b相連，第二個3dB光纖耦合器同光電探測器的連接是C2c同PIN2相連，C2d同PIN1相連。
權利要求
1.一種高強度聚焦超聲測量用光纖水聽器，主要包括光纖部分和處理電路部分，光纖部分主要包括He-Ne半導體雷射器，壓電陶瓷驅動的平面鏡一面，其特徵在於光纖部分還包括兩個2×2的3dB光纖耦合器，兩根Y型光纖和帶寬要求＞30MHz的對稱光電探測器PIN，其連接方式為第一個3dB光纖耦合器有四個引腳，分別是C1a、C1b、C1c、C1d，第二個3dB光纖耦合器的四個引腳，分別是C2a、C2b、C2c、C2d，Y型光纖的引腳有兩個，兩個Y型光纖分別是P1a、P1b、和P2a、P2b，He-Ne雷射器直接同3dB光纖耦合器的C1b連接光纖相連，在第一個3dB光纖耦合器的另一側的兩條光纖分別與兩個Y型光纖的連接光纖相連，C1d與P1a，C1c與P2a相連，兩個Y型光纖同時又與第二個3dB光纖耦合器一側的兩條光纖相連，C2b與P1b，C2a與P2b相連，第二個3dB光纖耦合器同光電探測器的連接是C2c同PIN2相連，C2d同PIN1相連。
全文摘要
高強度聚焦超聲測量用光纖水聽器的光纖部分主要包括:He－Ne半導體雷射器,兩個2×2的3dB光纖耦合器,壓電陶瓷驅動的平面鏡一面,兩根Y型光纖,帶寬要求>30MHz的對稱光電探測器PIN,其連接方式為:He－Ne雷射器直接同3dB光纖耦合器的C1b連接光纖相連,在第一個3dB光纖耦合器的另一側的兩條光纖分別與兩個Y型光纖的連接光纖相連,C1d與P1a,C1c與P2a相連,兩個Y型光纖同時又與第二個3dB光纖耦合器一側的兩條光纖相連,C2b與P1b,C2a與P2b相連,第二個3dB光纖耦合器同光電探測器的連接是:C2c同PIN2相連,C2d同PIN1相連。
文檔編號H04R1/44GK1376011SQ01132269
公開日2002年10月23日 申請日期2001年11月22日 優先權日2001年11月22日
發明者夏榮民, 壽文德 申請人:上海交通大學