[发明专利]一种基于石墨烯的超声探测装置及其探测方法和用途

权利要求书

1.一种基于石墨烯的超声探测装置，其特征在于，所述超声探测装置包括：探测光装置、超声探头、偏振分束器、平衡探测器、放大器和示波器；其中，超声探头包括水槽、石墨烯薄膜和棱镜，石墨烯薄膜的下表面附着在透明的基底上，基底通过折射率匹配液粘贴在棱镜的表面，石墨烯薄膜的上表面粘贴盛满水的水槽，水槽的表面密封；探测光装置发出圆偏振光，经透镜聚焦后作为探测光，入射至超声探头的棱镜，聚焦在棱镜的底面，并在焦点处发生全内反射，在焦点处形成探测窗口；当位于探测窗口上的水槽里有超声波时，引起水的折射率变化；石墨烯薄膜具有光偏振吸收特性，引起s偏振光和p偏振光的吸收发生不同响应的非线性变化；从棱镜反射出来的光束携带着探测到的超声波的信息；经透镜聚焦后，通过偏振分束器分成s偏振光和p偏振光，分别由高带宽的平衡探测器的两个探头接收；s偏振光和p偏振光的强度差的变化转变成电压信号；经放大器后被示波器接收记录；超声波信号通过光信号的强度差的变化转化为电压信号。

2.如权利要求1所述的超声探测装置，其特征在于，所述探测光装置包括：激光器、衰减片、起偏器和1/4玻片或1/2玻片；其中，激光器发出激光，通过衰减片调节强度后，通过起偏器变为线偏振光，经过1/4玻片或1/2玻片转为圆偏振光。

3.如权利要求1所述的超声探测装置，其特征在于，所述石墨烯薄膜为石墨烯单晶，采用化学气相沉积法或机械剥离法制备，或者采用氧化石墨烯还原制备。

4.如权利要求1所述的超声探测装置，其特征在于，所述石墨烯薄膜附着在透明的基底上，基底采用石英片，石英片通过折射率匹配液与棱镜紧密贴合。

5.如权利要求1所述的超声探测装置，其特征在于，所述水槽的表面采用保鲜膜密封。

6.一种基于石墨烯的超声探测方法，其特征在于，所述超声探测方法包括以下步骤：

1)制备超声探头：

将石墨烯薄膜转移或直接制备到透明的基底上，石墨烯薄膜的下表面附着在透明的基底上，基底通过折射率匹配液粘贴在棱镜的表面，石墨烯薄膜的上表面粘贴盛满水的水槽，水槽的表面密封；

2)搭建光路：

探测光装置发出圆偏振光，经透镜聚焦后作为探测光，入射至超声探头的棱镜，聚焦在棱镜的底面的石墨烯薄膜上，并在焦点处发生全内反射，在焦点处形成探测窗口，从棱镜反射出来的光束，通过偏振分束器分成s偏振光和p偏振光，分别由平衡探测器的两个探头接收；

3)超声波探测：

当位于探测窗口上的水槽内有超声波时，引起水的折射率的变化；石墨烯薄膜具有光偏振吸收特性，引起s偏振光和p偏振光的吸收发生不同响应的非线性变化；从棱镜反射出来的光束携带着探测到的超声波的信息；高带宽的平衡探测器的两个探头分别接收s偏振光和p偏振光，在全反射角附近调节探测光的入射角，将入射角调节到信号最大时的角度，得到s偏振光和p偏振光的强度差的变化转变成电压信号；经放大器后被示波器接收记录；超声波信号通过光信号的强度差的变化转化为电压信号。

7.如权利要求6所述的超声探测方法，其特征在于，在步骤1)中，所述石墨烯薄膜采用化学气相沉积法或机械剥离法制备，或者采用氧化石墨烯还原制备。

8.如权利要求6所述的超声探测方法，其特征在于，在步骤1)中，所述石墨烯薄膜附着在透明的基底上，基底采用石英片，石英片通过折射率匹配液与棱镜紧密贴合。

9.如权利要求6所述的超声探测方法，其特征在于，在步骤2)中，激光器发出激光，通过衰减片调节强度后，通过起偏器变为线偏振光，经过1/4玻片或1/2玻片转为圆偏振光。

10.一种如权利要求1所述的基于石墨烯的超声探测装置用于超声探测的用途。