检索结果-内蒙古大学图书馆

声学学报 2020年第3期45卷 433-438页

作者：李婧姚洁余海群吴大建南京师范大学物理科学与技术学院江苏省光电技术重点实验室南京210046

采用有限元方法建立了金属纳米颗粒的光声效应模型,可计算近红外光脉冲激励下不同颗粒的声信号随时间的变化特性。文中以包裹凝胶壳的金纳米管为例,研究凝胶外壳对声压信号的影响,指出凝胶壳能够有效提高金纳米管声压信号幅度,声信号最... 详细信息

采用有限元方法建立了金属纳米颗粒的光声效应模型,可计算近红外光脉冲激励下不同颗粒的声信号随时间的变化特性。文中以包裹凝胶壳的金纳米管为例,研究凝胶外壳对声压信号的影响,指出凝胶壳能够有效提高金纳米管声压信号幅度,声信号最大可增长至包裹前的6倍左右。进一步研究表明,为获取最强声信号,必须调整金纳米管的结构参数使其表面等离激元共振波长与入射脉冲激光波长相匹配。本工作可以为红外光声造影剂的设计提供参考。

关键词：金纳米管声压信号光激发入射光凝胶层等离激元共振光声转换效率

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基于炭黑的高光声转换效率复合材料仿真及实验研究

基于炭黑的高光声转换效率复合材料仿真及实验研究

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作者：叶晓琦华中科技大学

学位级别：硕士

激光超声是使用光声效应（PA）产生高频和宽带超声波的新型超声发生方式。近几年,激光超声由于其优越的性能在工业探伤和医学治疗等方面显示出巨大的潜力。目前用于激光超声的光声转换材料中,金属基材料和碳基材料是两种极具潜力的材料... 详细信息

激光超声是使用光声效应（PA）产生高频和宽带超声波的新型超声发生方式。近几年,激光超声由于其优越的性能在工业探伤和医学治疗等方面显示出巨大的潜力。目前用于激光超声的光声转换材料中,金属基材料和碳基材料是两种极具潜力的材料,其光声转换效率还可以进一步优化提高。但是目前对于复合材料的仿真模型研究十分匮乏,本文通过对碳基光声转换复合材料中的炭黑（Carbon black,CB）-聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料建立三维结构模型,对于炭黑的粒径,光吸收系数等性质对复合材料光声转换效应的影响进行研究分析,并通过实验进行验证。本文从复合材料的结构出发,用有限元分析软件建立材料的三维模型,仿真研究了炭黑的粒径,光吸收系数,热扩散系数等因素对于CB-PDMS光声转换效率的影响。在实验中选取具有不同性质的炭黑,通过优化制备工艺,制备出具备较高光声转换效率的复合材料膜层。并经由制备的光声转换复合材料在激光超声实验中的表现,研究了炭黑的粒径,光吸收系数,热扩散系数等性质对于制备的光声转换复合材料表现出的光声转换效率的影响,对仿真结果进行了验证。实验结果与仿真结果能够完全对应。根据仿真优化结果所制备的CB-PDMS复合材料在光声转换中表现出了较高的光声转换效率(可达到3.44×10-3,高于已报道的Gold NPs和Solution CNT等材料)。这种碳材料复合模型,可以作为一种通用的技术用于同类型复合材料的优化研究中,为设计复合光声转换材料提供工具。

关键词：激光超声 CB-PDMS复合材料炭黑品类光声转换效率

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基于有限元计算定量探究金纳米粒子光声转换效率的尺寸依赖性

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激光生物学报 2018年第2期27卷 142-147页

作者：石玉娇张振辉崔丹丹华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所教育部重点实验室广东广州510631

具备高光吸收能力和良好的生物相容性的等离子纳米探针在光声分子成像中得到了广泛应用。理论分析发现,由于纳米探针的小尺寸效应,其比表面积急剧增大,致使其光、热性质及光声能量转换机制对尺寸具有强烈依赖性。本文利用有限元分析的方... 详细信息

具备高光吸收能力和良好的生物相容性的等离子纳米探针在光声分子成像中得到了广泛应用。理论分析发现,由于纳米探针的小尺寸效应,其比表面积急剧增大,致使其光、热性质及光声能量转换机制对尺寸具有强烈依赖性。本文利用有限元分析的方法,以金纳米球和金纳米棒为例,定量讨论了浸没在水中具有不同尺寸的纳米探针在受到脉冲激光照射时的光学吸收、温度场分布及热膨胀随时间演绎的过程,并获得了尺寸在20-150 nm范围内探针光声转换效率对尺寸的依赖关系。结果表明:纳米探针的光-声转换效率对尺寸有较强的依赖性,金纳米球和金纳米棒在20-150 nm范围内均存在最佳尺寸使得光声转换效率最大。定量评价金纳米粒子光声转换效率的尺寸效应为指导通过优化纳米探针尺寸实现构建高效率光声探针提供了理论依据。

关键词：金纳米粒子光声转换效率尺寸依赖性

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激光脉冲波形对液体中热膨胀机制致声特性的影响

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半导体光电 2010年第3期31卷 478-484页

作者：李秋实倪明罗洪胡永明国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073

首先阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;分别针对激光脉冲为正弦波形、三角波形和高斯波形的情况,推导了激光脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,然后通过仿真得到了激发声波的光声脉冲剖面... 详细信息

首先阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;分别针对激光脉冲为正弦波形、三角波形和高斯波形的情况,推导了激光脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,然后通过仿真得到了激发声波的光声脉冲剖面和时空分布图;并对比分析了正弦波形、三角波形和高斯波形的激光脉冲分别在约束边界和自由边界下激发声波的峰值声压、光声转换效率和波形等特性。

关键词：激光致声热膨胀机制脉冲波形光声脉冲剖面峰值声压光声转换效率

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提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究

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激光与红外 2009年第10期39卷 1055-1059页

作者：李秋实王泽锋胡永明国防科技大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指... 详细信息

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率。

关键词：激光致声光声转换效率热膨胀机制 Helmholtz共振光声池汽化机制介电击穿机制

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基于光声机理的激光超声关键技术研究

基于光声机理的激光超声关键技术研究

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作者：王骁南京航空航天大学

学位级别：硕士

超声检测技术在医疗和工业领域中的应用越来越广泛。随着工业技术发展,在实际应用中对检测技术的精度、有效性以及可靠性等方面提出了越来越高的要求。激光超声无损检测技术作为超声无损检测领域的一种新技术手段,具有高精度、高灵敏度... 详细信息

超声检测技术在医疗和工业领域中的应用越来越广泛。随着工业技术发展,在实际应用中对检测技术的精度、有效性以及可靠性等方面提出了越来越高的要求。激光超声无损检测技术作为超声无损检测领域的一种新技术手段,具有高精度、高灵敏度、高分辨率、无死区的优势,并且可以实现非接触式检测。然而,由于目前激光超声无损检测技术具有光声能量转换效率低的缺点,在实际应用中为获得理想幅值的超声信号需要使用高功率密度激光,这通常会对检测对象造成损坏。因此对光声能量转换效率的改进技术成为近年来激光超声领域的研究热点之一。本文以激光超声技术为基础,建立了接触式激光激发超声波的模型,系统地分析了激光特性与检测对象特性对超声产生的影响,设计了一种基于约束能量吸收层方式的接触式激光激发超声波的结构,旨在提高光声能量的转换效率,在不损坏检测对象的前提下获得理想幅值的超声信号,并推导了这种结构相比直接在物体表面激发超声波的光声能量转换效率的提高倍数。在建立的激光超声模型的基础上,利用ANSYS软件对不同结构的激光激发超声过程进行仿真,同时采用实验室具备的激光器进行实验验证,并通过实验数据对比确定最有效的激发结构。接着,论文深入研究了激发结构中各部分材料、几何尺寸以及工工艺对激发超生的影响,设计了收发一体式后向接收的激光超声探头。最后,设计了相应的实验对激光超声探头的性能进行了全面、直观的验证。实验结果表明:与激光直接在物体表面激发超声波相比该激光超声探头拥有更高的幅值;与传统压电超声相比激光超声探头有更高的频带,因此具有更高的检测灵敏度、分辨力、精度。本文在提高光声转换效率方面展开了深入的研究,并据此设计了高效率的收发一体式后向接收激光超声探头,为后续的扫查式检测与成像提供了理论与技术基础。

关键词：激光超声无损检测技术光声转换效率后向式激光超声探头

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基于激光热膨胀机制的光声信号特性研究

基于激光热膨胀机制的光声信号特性研究

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作者：罗杰鸿浙江大学

学位级别：硕士

声波是水下信息感知、辨识和通信的主要手段,广泛用于海洋环境调查、资源勘查以及水下对抗等领域。激光致声信号作为新的声源,可以通过机载和星载用于深远海探测和环境感知,成为光学和声学交叉应用领域的研究热点。本文基于激光热膨胀... 详细信息

声波是水下信息感知、辨识和通信的主要手段,广泛用于海洋环境调查、资源勘查以及水下对抗等领域。激光致声信号作为新的声源,可以通过机载和星载用于深远海探测和环境感知,成为光学和声学交叉应用领域的研究热点。本文基于激光热膨胀致声机制,开展激光致声原理研究和声场特性分析研究,为激光致声低频探测和水声通信提供理论指导。本文首先对热光声场在液体介质中的激发理论展开研究,分别在约束边界和自由边界条件下,分析了在短激光脉冲和长激光脉冲激励下的光声信号包络。考虑激光束运动情况,探讨声波的激发过程,发现当激光束运动速度接近声速时,同向波的激发效率将远大于反向波的激发效率,这有助于产生高声源级的光声信号。其次,从液体介质的热连续方程、热传导方程和状态方程入手,推导了液体介质在激光脉冲激励下的非平稳热弹性方程,并分别从频域和时域对其求解。在频域,利用传递函数法,研究了在不同边界条件下的传递函数特点,获得光声激发过程中的特征频率和有效声激励频带范围。在时域,利用脉冲响应法将液体介质吸收激光能量的过程分解成垂直响应过程和水平响应过程。通过数值仿真,研究了不同光学吸收系数对光声信号包络的影响。对固定光声源,高斯型激光脉冲激励下的光声转换效率最高。考虑单脉冲激光致声的光声信号的频带较宽,能量分散,研究了基于重复频率的激光调制方法,实现信号频带变窄、声源级提高。此外,为了产生激光致声的低频光声信号,借鉴参量阵声源思想,研究了双激光脉冲致声原理。基于光声外差法分别给出了和频光声信号和差频光声信号的幅度解以及相位解。研究发现,两束经不同频率调制的激光束的聚焦顺序并不会影响和频和差频光声信号。数值仿真发现,固定差频率,和频率越小,差频的相对激发效率越大。水池实验结果表明激光光斑半径会影响光声信号的频谱特性,光斑半径越大,信号中心频率往低频部分移动,频谱宽度降低。在激光垂直入射条件下,光声信号在水平方向不存在指向性,在垂直方向有较强的指向性。光斑半径越大,垂直方向的主波束宽度也越大。在激光斜入射情况下,水平方向出现明显的指向性。热膨胀机制下的光声转换效率取决于光斑内的平均能量密度,光声能量转换效率在10～10之间。在激光单脉冲能量为0.88 J,光斑半径为0.4 cm的条件下,光声信号在17～21 k Hz频带上的声源级达到了73dB。

关键词：热膨胀激光致声光声外差法光声源特性光声转换效率运动激光束致声

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含金纳米颗粒的PDMS功能材料的光声效应研究

含金纳米颗粒的PDMS功能材料的光声效应研究

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作者：柳庆庆哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

凭借着无损、安全的特点,基于热膨胀效应的光声换能器广泛应用于无损检测和生物医学成像等领域,主要是通过脉冲激光辐照产生超声脉冲,具有频率高、带宽宽的特点。近年来光声转换材料被广泛研究,纯金属薄膜光吸收系数较高但热膨胀系数很... 详细信息

凭借着无损、安全的特点,基于热膨胀效应的光声换能器广泛应用于无损检测和生物医学成像等领域,主要是通过脉冲激光辐照产生超声脉冲,具有频率高、带宽宽的特点。近年来光声转换材料被广泛研究,纯金属薄膜光吸收系数较高但热膨胀系数很低致使光声转换效率很低,为了提高光声转换效率研究人员提出通过物理混合形成复合材料分别满足高光吸收率和高热膨胀系数的要求。本论文主要研究内容如下: 首先,研究单个金纳米颗粒的光学特性。通过仿真讨论了环境介质、尺寸和形状对金纳米颗粒光学特性的影响。结果表明,金纳米球在PDMS中的吸收系数高于在水中的吸收系数,且直径在60 nm时的吸收度最大,随着金纳米球直径增大共振波长会发生轻微红移。不同形状的金纳米颗粒都会产生近场增强的现象,金纳米棒和金纳米壳产生的近场场强更大,金纳米棒和金纳米壳的吸收光谱分别随着纵横比的增大和金纳米壳厚度的增加发生明显的增强和红移。在微纳尺度上,基于有限元方法研究环境介质和金纳米颗粒形状对金纳米颗粒光声响应的影响。结果表明,由于介质折射率对金纳米球吸收截面的影响,金纳米球在PDMS中产生的温升比在水中高175 K,金纳米球在PDMS中由于较高的热声转换能力(格律乃森值)使得其产生的声压信号强度为水中的18倍,并且在PDMS中金纳米球的光声转换效率比在水中高2个数量级。相等体积的金纳米壳和金纳米棒的最高温升分别比金纳米球高320 K和200 K,金纳米壳和金纳米棒在PDMS中所产生声压信号的振幅比金纳米球高2倍。最后,研究以掺杂金纳米颗粒的PDMS复合材料为光声转换材料的聚焦型光声换能器的响应特性,通过改变光声材料和换能器结构有效提高了光声转换效率。在理论上,针对聚焦型光声换能器轴线上焦点及非焦点处的光声压力建立解析表达式。在实验方面,搭建了光声实验系统,使用一步合成法合成金纳米复合材料并涂覆于光学透镜表面制备聚焦型光声换能器,测量其光声响应。结果表明:复合材料的光吸收未达到饱和时,光声换能器的光声信号随浓度增大而增大。光声复合薄膜存在最佳厚度,在最佳厚度处的光声转换效率最高。聚焦型光声换能器的f数(曲率半径与直径的比值)越小的换能器因其较高的聚焦增益可以产生更高的声压信号。

关键词：局部表面等离激元共振金纳米复合物热弹性膨胀光声转换效率聚焦型光声换能器

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正弦脉冲激光激发声波的热膨胀机制理论

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声学技术 2010年第2期29卷 123-128页

作者：李秋实罗洪胡永明倪明国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073

阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;针对激光脉冲为正弦波形的情况,求解出δ脉冲和长脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,通过仿真得到了声脉冲剖面,并对每种情况下产生的声波进行了对比分析... 详细信息

阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;针对激光脉冲为正弦波形的情况,求解出δ脉冲和长脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,通过仿真得到了声脉冲剖面,并对每种情况下产生的声波进行了对比分析;然后对液体中激光致声的光声转换效率进行了理论研究,对正弦波形δ脉冲和长脉冲激光分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的光声转换效率分别进行了理论分析和仿真,并讨论了液体媒质特性参数和激光参数对转换效率的影响,提出了提高转换效率的方案。

关键词：激光致声热膨胀机制正弦脉冲光声脉冲剖面光声转换效率

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