导　　师： 金龙

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 暨南大学

摘　　要： 声波与超声探测在军事国防、工业以及生物医学等领域具有重要应用。与电学声传感器相比,光纤声传感器具有灵敏度高、重量轻、抗电磁干扰、可远程探测和可组网复用等特点。光纤声传感器的一种典型的实现方式是,在光纤端面上通过组装一只弹性膜片,与光纤端面共同构成法布里-珀罗（Fabry-Perot）腔,通过检测膜片形变引起的光学信号实现声压检测。这种传感器通过膜片材料进行优选及降低膜片厚度等方式能够达到较高的检测能力,但一直以来面临着异质兼容带来的制备工艺复杂性、可靠性、适用性等问题。为解决以上问题,我们提出一种基于光纤端面微泡结构的光纤声传感器方案,实现了高灵敏度宽带声波检测,以该传感器为功能元件实现了光声成像。传感器的工作原理是:利用加热光对光纤端面涂覆的金属薄膜进行加热,在液体浸润环境下获得微泡状空腔结构,构成光学F-P腔,入射声波引起气泡形变并转换成探测光的干涉信号漂移。我们利用空气/液体界面取代常规弹性薄膜,实现原位声波检测,不仅避免了异质兼容的要求,有效解决了制备工艺复杂等问题,而且灵敏度高、可控性强。本文围绕传感器的制备、响应特性与成像应用展开深入研究,具体内容如下:1.微泡型光纤F-P腔的制备、调控与稳定。研究了光纤端面光热生成微泡的动态过程,厘清了微泡尺寸与加热光能量等参数的依赖关系,掌握了光学调控微泡尺寸的基本规律。通过对端面金属膜厚度等参数的优化获得高对比度的干涉谱,通过对泵浦光强的实时反馈来稳定微泡结构,反馈后微泡直径波动范围在0.5 nm以内。2.声波响应特性研究。实验测试了不同半径大小的微泡对不同频率声波作用下的输出响应。当微泡半径为39μm时,其声压灵敏度为0.2nm/Pa,工作频带为60kHz,在工作频带范围内其最小可探测声压为1mPa/Hz1/2。研究发现微泡工作频带范围与其半径大小具有反比关系,我们通过调节加热光功率使微泡半径由从100μm连续调整到5μm,使工作频率从2kHz调谐到450kHz。3.光声成像应用研究。以半径6.5μm、工作频率带宽350kHz的微泡传感器为超声敏感元件,在沿环形线路机械扫描过程中逐点测量光致超声信号,通过反向投影算法重建,实现了分辨率为2.2 mm的光声成像。更多还原

关 键 词： 光纤传感器 [1973231]声传感器 [8998084]超声传感器 [6585398]法布里-珀罗腔 [6235116]光声成像

分 类 号： [TP212]

领　　域： []