[发明专利]一种负声压光声换能器装置及其制备方法

说明书

本发明属于超声换能器技术领域，公开了一种负声压光声换能器装置及其制备方法，其中装置包括透明基座(1)和复合光声转换层(2)，透明基座上设置有空气腔(3)，由复合光声转换层产生的初始光声正负声压脉冲信号，经空气腔的反射后，将转变为同等幅度的、相位发生翻转且沿正向传输的相位翻转光声正负声压脉冲信号，相位翻转光声正负声压脉冲信号与沿正向传输的初始光声正负声压脉冲信号之间存在时间延迟，从而使该光声换能器装置整体能够实现沿正向传输的负声压输出。本发明通过对装置内的各个细节结构及它们的配合作用关系进行改进，能够实现负声压输出，且相应制备方法工艺过程简单，工艺可行性强。

技术领域

本发明属于超声换能器技术领域，更具体地，涉及一种负声压光声换能器装置及其制备方法，尤其可实现大的负声压输出。

背景技术

超声换能器作为产生超声波的基本器件在工业和生物医学等领域具有广泛的应用需求和广阔的应用前景。随着超快激光技术和纳米材料科学的飞速发展，基于光声效应的光声换能器因同时具备高强度、宽频带和高频率的突出优点，有望取代传统压电超声换能器成为下一代新型高性能的超声换能器，同时能极大促进超声波在医学诊断和治疗上的应用。

当激光能量低于材料的损伤阈值，热弹性（光声）过程起主导作用时，入射脉冲激光能量被吸收转化为热能，从而引起热膨胀并发射脉冲超声。基于上述原理易于理解，光声换能器产生光声信号是一个热膨胀的过程，因而获得一个正声压信号是十分简单的。然而，在现今已知的诸多医疗应用中，如药物输运、碎石以及溶栓等，超声的负声压被认为起着至关重要的主导作用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种负声压光声换能器装置及其制备方法，其中通过对装置内的各个细节结构及它们的配合作用关系进行改进，尤其通过设置空气腔，能够使得背向传输的光声正声压信号以同等幅度的负声压信号反射回光声换能器的正向输出端，能够实现负声压输出；并且基于该装置，通过调节正向传输光声信号和背向传输反射光声信号之间的时间延迟，可对负声压输出灵活调节。此外，本发明相应制备方法工艺过程简单，工艺可行性强。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种负声压光声换能器装置，其特征在于，包括透明基座，以及位于所述透明基座上、且与该透明基座键合相连的复合光声转换层；在所述透明基座上还开设有凹槽，该凹槽位于所述透明基座与所述复合光声转换层的接触面上，所述复合光声转换层配合所述透明基座使该凹槽形成密封空间，并作为空气腔；

所述透明基座用于作为激光入射端，激光经由所述透明基座由所述空气腔入射至所述复合光声转换层；

所述复合光声转换层用于吸收激光束能量并转换成声能，产生初始光声正负声压脉冲信号；

以所述透明基座与所述复合光声转换层的接触面为参照，记由所述透明基座指向所述复合光声转换层的接触面法线方向为正向，由所述复合光声转换层指向所述透明基座的接触面法线方向为背向，则，产生的初始光声正负声压脉冲信号中沿背向传输的信号，由于空气与所述复合光声转换层之间的声学阻抗失配，经所述空气腔的反射后，将转变为同等幅度的、相位发生翻转且沿正向传输的相位翻转光声正负声压脉冲信号，所述相位翻转光声正负声压脉冲信号与初始光声正负声压脉冲信号中另一部分沿正向传输的初始光声正负声压脉冲信号之间存在时间延迟，从而使该光声换能器装置整体能够实现沿正向传输的负声压输出。

作为本发明的进一步优选，所述复合光声转换层自上而下包括第一声学匹配层、光声转换复合薄膜和第二声学匹配层，其中，

所述第一声学匹配层所采用的材料满足材料的声阻与所述负声压光声换能器装置目标工作环境的声阻相匹配；

所述第二声学匹配层所采用的材料满足材料的声阻与所述第一声学匹配层相匹配；