光纤超声传感器的射频域自相干解调技术

刘付武兴; 梁贻智; 曹君杰; 仲晓轩; 李金莹; 黄卫; 金龙

doi:10.37188/OPE.20243217.2708

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光纤超声传感器的射频域自相干解调技术

精密测量与传感 | 更新时间：2024-09-30

- 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
- 光学精密工程 2024年32卷第17期页码：2708-2717
- 作者机构：
  
  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
- 作者简介：
  
  [ "刘付武兴（1999-），男，广东茂名人，硕士研究生，2022年于广东技术师范大学获得学士学位，主要从事生物光子学与生物医学成像领域的研究。E-mail: lf13169764648@163.com" ]
  [ "梁贻智（1988-），男，广东韶关人，副研究员，硕士生导师，国家优秀青年科学基金获得者，2011年于广东工业大学获得学士学位，2017年于暨南大学获得博士学位，主要从事生物医学光子学领域的研究。E-mail： liangyizhi88528@gmail.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62275104;62322506;62122031;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)
- DOI：10.37188/OPE.20243217.2708
  中图分类号： TN253;TH691.9
- 纸质出版日期：2024-09-10，
  
  收稿日期：2024-05-20，
  
  修回日期：2024-06-26，
- 稿件说明：
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刘付武兴,梁贻智,曹君杰等.光纤超声传感器的射频域自相干解调技术[J].光学精密工程,2024,32(17):2708-2717.

LIUFU Wuxing,LIANG Yizhi,CAO Junjie,et al.Radio-frequency heterodyne detection of fiber-optic ultrasonic sensor[J].Optics and Precision Engineering,2024,32(17):2708-2717.
刘付武兴,梁贻智,曹君杰等.光纤超声传感器的射频域自相干解调技术[J].光学精密工程,2024,32(17):2708-2717. DOI： 10.37188/OPE.20243217.2708.

LIUFU Wuxing,LIANG Yizhi,CAO Junjie,et al.Radio-frequency heterodyne detection of fiber-optic ultrasonic sensor[J].Optics and Precision Engineering,2024,32(17):2708-2717. DOI： 10.37188/OPE.20243217.2708.

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. Experimental results demonstrate that this method effectively eliminates noise from additional local radio-frequency 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 within the frequency range of 8-32 MHz. Furthermore， applying this sensor to photoacoustic microscopy resulted in a signal-to-noise ratio enhancement of over 4 dB. The heterodyne detection technology significantly improves the sensitivity and image signal-to-noise ratio of fiber-optic sensors， facilitating the application 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

Keywords

photoacoustic imagingfiber laser sensorfiber-optic ultrasound sensingheterodyne detection

references

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