用于顯微成像的單根光纖共振型壓電掃描器.pdf

1、為了推動(dòng)掃描式顯微光學(xué)成像方法在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用和生物學(xué)研究中發(fā)揮更重要的作用，本文圍繞單光纖共振型壓電掃描器研制過程中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題展開了深入研究，并系統(tǒng)地論述了該掃描器的原理、方法、技術(shù)和應(yīng)用。突破了單根光纖共振型壓電掃描器的當(dāng)前開發(fā)制作過程中所具有的試探性和盲目性，研究了該掃描器的運(yùn)行機(jī)制，確定了該掃描器性能的決定因素，為該掃描器的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制作、評(píng)估提供了有效的科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。
　　本文取得的主要研究成果如下：
　　

2、1)研究了掃描器各部件材料參數(shù)對(duì)關(guān)鍵形變參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)的影響，闡明了其間的定量關(guān)系。壓電方管末端位移與壓電片長(zhǎng)度的平方成正比；與壓電系數(shù)成正比；與外加電場(chǎng)成正比；與壓電片的寬度和厚度均成負(fù)相關(guān)。掃描器懸臂振幅與光纖直徑的平方成反比，與懸臂長(zhǎng)度的開方成反比，與彈性模量的開方成反比。
　　2)采用耦合場(chǎng)數(shù)值仿真模型，研究了掃描器系統(tǒng)的輸入輸出響應(yīng)機(jī)制。獲得掃描器一階到四十階模態(tài)，確定了振動(dòng)模態(tài)包括弦振動(dòng)、懸臂振動(dòng)、方管扭轉(zhuǎn)、方管振動(dòng)、

3、和縱向縮放，明確了其中懸臂振動(dòng)可提供有效光學(xué)掃描。獲取結(jié)構(gòu)在正弦激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，獲得了0~14kHz頻譜上前四階諧振頻率的激勵(lì)使系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)量。分析掃描器在慣性、阻尼等具有時(shí)間后效性因素作用下的行為。獲得了螺旋式掃描的50個(gè)運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)；獲得了李薩如掃描的60個(gè)運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)。
　　3)掃描器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同需求的個(gè)性化定制。面向在體臨床內(nèi)窺應(yīng)用，開發(fā)了低電壓小型化的掃描器，其直徑2mm，驅(qū)動(dòng)電壓10V峰峰值；面向離體掃描成像應(yīng)用，

4、開發(fā)了具有較高連續(xù)性和均勻性的網(wǎng)格式掃描器件，其具有穩(wěn)定的行掃描速率879Hz和幀速率3Hz；面向非線性光學(xué)成像應(yīng)用，開發(fā)了具有較小非線性光學(xué)效應(yīng)和較高采集效率的掃描器件，在52mW功率輸出脈寬175fs，封裝后探頭直徑3.5mm，該探頭首創(chuàng)采用小尺寸單根光纖共振型壓電掃描器驅(qū)動(dòng)350μm直徑光纖獲得大于1mm振動(dòng)范圍。
　　總之，本文針對(duì)顯微光學(xué)成像系統(tǒng)的應(yīng)用需求，開展了單光纖共振型壓電掃描器的理論與實(shí)驗(yàn)研究。討論了掃描器運(yùn)行機(jī)