基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤超声水听器

　　0　引言

　　高强度聚焦超声(HIFU)治疗是超声治疗的重要组成部分，近年来成为声学和医学界的研究热点。HIFU 治疗是将体外高声强的超声波通过某种聚焦手段(声透镜、凹球面自聚焦、电子聚焦等)汇聚到体内病变靶区，在超声波的机械效应、热效应和空化效应作用下，将焦点部位形成的集聚能量转化为热能，使其焦点处的组织温度瞬间上升到可让病变组 织发生不可逆转的凝固性坏死的治疗方法[l-3]。为安全有效地实行HIFU 治疗，聚焦超声换能器作为治疗系统的关键部件，其声场检测工作十分重要。将光纤传感器用于HIFU信号的检测仍是一个新兴的研究领域，目前主要有偏振型、相位调制型、波长调制型及基于光偏转原理的光纤传感技术[4-7]。测量超声声场的光纤传感器通过分析光纤中被声场所调制的光信号(如光强度，光相位等)得到声场信号。光纤传感器具有灵敏度高，频带宽，抗电磁干扰能力强，体积小，可重复性好等优点，在许多领域得到广泛应用。且光纤传感器可用于高声压、高频、高精度、瞬时测量。因此，根据光纤传感器的特点，设计一种便携、实用且价廉的HIFU声场水听器具有实际意义。

　　目前，法-珀干涉型光纤传感器以其微型化，结构简单，灵敏度高，耐高温，耐高压，防电磁干扰等优点成为传感器研究与应用中最广泛和最具市场潜力的一种光纤传感器。制作基于镀膜法的法-珀干涉型光纤传感器的关键是选择合适的构成法-珀腔的材料。Parylene是一种对二甲苯的高聚合物材料，用真空气相沉积工艺在基材表面可形成完全敷形的聚合物薄膜涂层。Parylene材料具有以下特性：

　　1)不吸收可见光。

　　2)具有高透明度。

　　3)表面呈疏水性，对水汽和腐蚀性气体的渗透性很低。

　　4)有较高的电绝缘性能和热稳定性。

　　Parylene材料在使用时能将涂层厚度精确地控制在1～100μm，甚至几百纳米[8]。Parylene材料根据其分子上的取代基不同，分子式的不同主要分为Parylene　N、Parylene　C和Parylene　D3种，3种Parylene材料的主要性能参数如表1所示。基于Parylene材料的物理特点和表1所示的Parylene材料的性能参数，可用Parylene膜构成法-珀干涉型光纤传感器的法-珀腔。

　　本文利用法-珀干涉型光纤传感器原理设计了一个检测 HIFU 场的基于 Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器，并讨论和分析了该水听器的原理及其特性。建立了 HIFU 声场检测的实验系统，对960kHz的连续超声信号进行测量实验。

　　1　传感器原理与分析

　　1.1　光纤传感器的设计