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激光参数和光声材料对超声信号的影响
Effect of laser parameters and photoacoustic materials on ultrasonic signals
投稿时间：2024-02-28  
DOI：10.3969/j.issn.1005-5630.202402280027
中文关键词:  光致超声  光声材料  激光参数  金纳米颗粒  炭黑
英文关键词:photoinduced ultrasound  photoacoustic materials  laser parameters  gold nanoparticles  carbon black
基金项目:国家自然科学基金（62275160)
作者单位E-mail
谢峰 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093  
余由俊 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093  
康祎 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093  
张大伟 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093 dwzhang@usst.edu.cn 
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中文摘要:
      光致超声广泛应用于医学诊断、材料表征、无损检测、结构健康监测等领域。这些应用对超声波的强度和带宽有着特定的要求。基于此，定量分析了光声材料和激光参数对超声信号的影响。通过相关实验得出以下结论：随着入射激光能量的增大，超声频谱中所有频率对应的幅值增加，并且入射激光能量与超声的幅值成正比，每增加50 mJ的激光能量，超声强度增加15%；入射激光频率的改变对超声信号没有影响；金纳米颗粒质量分数的增加不仅可以增大超声的幅值，还可以提高超声的频率；金纳米颗粒与聚二甲基硅氧烷混合物的厚度太薄会导致光能吸收不足，太厚则会导致超声高频成分的衰减；在相同条件下，炭黑与聚二甲基硅氧烷的混合物比金纳米颗粒与聚二甲基硅氧烷的混合物产生的超声强度更高，但频率分布集中在低频部分。
英文摘要:
      Photoinduced ultrasound is widely used in medical diagnosis, material characterization, nondestructive testing, structural health monitoring and other fields. These applications have specific requirements on ultrasonic intensity and bandwidth. This paper quantitatively analyzed the effects of photoacoustic materials and laser parameters on ultrasonic frequency and intensity. The following conclusions are drawn by relevant experiments. With the increase of the incident laser energy, the amplitude corresponding to all frequencies in the ultrasonic spectrum increases, and the incident laser energy is proportional to the amplitude of the ultrasound. Meanwhihle, the ultrasonic intensity increases by 15% with increase of 50 mJ laser energy. The change of incident laser frequency has no effect on ultrasonic signal. The increase of gold nanoparticle concentration can not only enhance the amplitude of ultrasound, but also increase the frequency of ultrasound. The thin layer of gold nanoparticles and polydimethylsiloxane leads to insufficient absorption of light energy, and the thick layer causes the attenuation of the high frequency component of ultrasound. The mixture of carbon black and polydimethylsiloxane produces higher intensity ultrasound than the mixture of gold nanoparticles and polydimethylsiloxane under the same circumstances, but the frequency distribution is concentrated in the low frequency domain.
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