基于光声波前整形的光透过无序介质光聚焦及成像的研究
激光入射到诸如生物组织、纸张、大气等无序介质内部时，会产生光吸收与光散射现象。光散射导致了激光无法透过无序介质进行聚焦与成像，而光吸收可以产生光声效应。波前整形技术的出现使得在无序介质内部进行光聚焦及成像变成可能，然而传统的波前整形技术由于需要CCD相机作为反馈，无法实现非侵入性的在无序介质内部聚焦与成像。由于声波在生物组织内部的散射比光的散射弱两到三个数量级，利用光吸收产生的光声效应，可以实现非侵入性的在生物组织内部进行波前整形，从而对活体生物组织进行无损检测与成像。因此研究基于光声效应在无序介质中实现光聚焦及成像的研究具有重要意义。 本文研究了将光声效应应用于激光波前整形领域，并实现透过无序介质的光聚焦及对目标进行成像。由于活体生物组织的损伤阈值限制，入射到生物组织中的脉冲激光能量通常较低。本文采用表面所能承受能量较低的二进制振幅调制的数字微镜器件(DMD)对入射光的波前进行调制。使用超声换能器收集散射体之后的吸收体产生的光声波作为遗传算法的反馈信号来实现聚焦。 由于入射激光能量的限制，产生的光声信号非常微弱。且由于实验设备中的静电与放大器噪声的影响，光声信号的初始信噪比很低。本文提出了一种小波去噪与相关检测算法相结合的光声信号提取方案。不仅将光声信号的信噪比由3.76提高到25.4，且有效的排除了杂波对光声信号的影响。利用本文提出的光声信号提取方案，我们在脉冲激光重复频率较低的情况下实现了较快速度的聚焦。 在聚焦完成之后，我们对吸收体进行了扫描成像，与未聚焦之前相比，光声图像的对比度由1.51提高到5.30。之后我们将小波去噪与相关检测算法相结合的光声信号提取方案应用于聚焦完成之后的扫描成像之中。并提出了一种改进的自适应时间窗口相关检测的光声信号提取方案，进一步将光声图像的对比度提高到9.57。
光聚焦成像;无序介质;波前整形;光声效应
北京化工大学
硕士
物理学
丁迎春
2019
中文
TN911.74
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）