声显微成像

   1前言

    80年代以来，国际上现代声学检测技术一个重要方向就是声成像技术(AcousticImaging)^[1]。其中低频范围内的声成像称为声波照像技术(Aeoustiegraphie)，甚高频或微波范围内的成像则称为声显微成像技术(Aeousti。mieroimaging)。声显微成像又可分为三种重要的工作方法^[2，3]:激光扫描声学显微镜(Sean:iingIJaserAeoustieMiero-scope，简称SI才AM)、机械扫描声学显微镜(MeehaniealSeanningAeoustieMiero-sc叩e，简称SAM)、C模型扫描声学显微镜(C一ModeSeanningAeoustieMieroseope，简称C一SAM)。

    sLAM属传输模式，声波通过整个被测样品在表面成像。为此，SIJAM需使用一连续超声波照射被测样品的下表面，并自下而上地通过样品内部到达样品上表面，然后利用聚焦的激光束在样品上表面作快速扫描。通过样品的声波能量决定于被测样品内部盯材料均匀性或弹性特性。SAM和C一SAM大多工作于反射模式，使用一个脉冲回波换能器产生聚焦于样品表面或亚表面的超声波，利用机械扫描方式使该超声波在样品上扫描而得到声图像。一幅典型的声图像可能包含有几万个分离的图像点，它们能够对样品表面和亚表面成像且具有非常高的分辨率。上述三种系统各自的应用范围如图1所示。

    2  SLAM

    在SLAM成像中，照射样品下表面连续、准直的超声波是用一压电换能器产生的。换能器和样品之间需用藕合媒质，一般是纯水或其他隋性液体。当声波通过样品时，声波将受到样品均匀性的影响。如样品内部有气泡、裂纹和断层等缺陷时，这种不均匀性最终将以声图像上呈现程度各异的明暗区域而表现出来，故声图像所具有的亮暗区域将反映样品的声学特性分布。

    利用激光束来读出样品上表面的微小位移波纹(振动)时，大多数样品上表面并没有抛光成光学反射面，为此需利用蒸有镜面的工作面板(Coverslip )，把它紧靠样品的上表面，并利用水作声波的藕合液。激光聚焦在工作面板的反射面上时，所读得的信号相当于样品上表面的声波纹形状。当激光束作二维扫描时，在TV屏上便获得30幅/秒或25幅/秒的实时SLAM图像。从工业生产角度讲，利用SLAM系统，可获得事件发生时的瞬时声图像，例如可以观察到在外加应力下的裂纹传播。由于SLAM所产生的像是通过样品厚度的结构综合图像，如果需要观察某一特殊平面上的像，则可以利用SLAM所得的信息进行全息重建技术而得到该平面图像。SLAM系统简图如图2所示^[4]。

    SLAM图像还可以提供被测样品有用的和容易解释的定量数据。例如，图像的亮度相当于声波传输的电平，只要把被测样品拿掉，在换能器和声源之间接入一个标准衰减器，调节衰减器恢复图像至原来的亮度电平，便能精确地得到插入损耗。还可以利用SLAM的干涉型模式测得样品每个区域的声速分布。当利用这些数据确定局部区域的声衰减和弹性模数时，就能很好地表征样品内的弹性微结构状态。SLAM的结构如图3所示^[5]。