光纤超声传感器的射频域自相干解调技术
Radio-frequency heterodyne detection of fiber-optic ultrasonic sensor
刘付武兴 1梁贻智 1曹君杰 1仲晓轩 1李金莹 2黄卫 2金龙1
作者信息
- 1. 暨南大学 物理与光电工程学院 广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 510632
- 2. 暨南大学附属第一医院 消化内科,广东 广州 510632
- 折叠
摘要
在光纤光声成像技术中,检测灵敏度是决定光纤超声传感器成像质量的关键性因素之一.以小型化正交双频光纤激光器为超声敏感元件,建立更好的信号解调技术对声致相位变化进行检测,以实现高灵敏度超声检测和光声成像.引入射频域自相干解调技术对超声波引起的激光频率变化进行读取,实验结果表明,该技术具有超声响应信号放大效果,传感器的灵敏度在8～32 MHz的超声频率内获得了显著提升,将最小可检测声压从9.0 Pa降低到5.7 Pa.进一步地,将该超声检测技术应用于活体光声显微成像,发现在同等光强的激发条件下,图像信噪比获得逾4 dB的提升.该技术为光纤光声成像技术的应用拓展奠定了坚实的技术基础.
Abstract
The detection sensitivity of fiber-optic ultrasound sensors is crucial for image quality in fiber-based photoacoustic imaging.In this study,we employed a dual-polarization fiber laser as the acoustic sensing element and introduced radio-frequency heterodyne demodulation for sensitivity enhancement.Ex-perimental results demonstrate that this method effectively eliminates noise from additional local radio-fre-quency oscillation sources.The proposed technique achieved an improved sensitivity,evidenced by a noise-equivalent pressure(NEP)of 9.0 Pa,compared to the 5.7 Pa offered by previous approaches with-in the frequency range of 8-32 MHz.Furthermore,applying this sensor to photoacoustic microscopy re-sulted in a signal-to-noise ratio enhancement of over 4 dB.The heterodyne detection technology signifi-cantly improves the sensitivity and image signal-to-noise ratio of fiber-optic sensors,facilitating the applica-tion of fiber-based photoacoustic imaging.
关键词
光纤光声成像/光纤激光传感器/光纤超声传感器/自相干解调Key words
photoacoustic imaging/fiber laser sensor/fiber-optic ultrasound sensing/heterodyne detec-tion引用本文复制引用
基金项目
国家自然科学基金资助项目(62275104)
国家自然科学基金资助项目(62322506)
国家自然科学基金资助项目(62122031)
国家自然科学基金资助项目(62135006)
广东省基础与应用基础研究基金资助项目(2023A1515220038)
广州市重点研发计划项目(2060404)
广州市-暨南大学市校联合资助项目(202201020043)
出版年
2024
国家科技期刊平台
NSTL
万方数据