用于顯微成像的單根光纖共振型壓電掃描器.pdf

1、為了推動掃描式顯微光學成像方法在臨床醫(yī)學應用和生物學研究中發(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鍵科學技術(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)和應用。突破了單根光纖共振型壓電掃描器的當前開發(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行機制，確定了該掃描器性能的決定因素，為該掃描器的開發(fā)、設計、制作、評估提供了有效的科學指導依據(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)對關鍵形變參數(shù)和振動參數(shù)的影響，闡明了其間的定量關系。壓電方管末端位移與壓電片長度的平方成正比；與壓電系數(shù)成正比；與外加電場成正比；與壓電片的寬度和厚度均成負相關。掃描器懸臂振幅與光纖直徑的平方成反比，與懸臂長度的開方成反比，與彈性模量的開方成反比。
　　2)采用耦合場數(shù)值仿真模型，研究了掃描器系統(tǒng)的輸入輸出響應機制。獲得掃描器一階到四十階模態(tài)，確定了振動模態(tài)包括弦振動、懸臂振動、方管扭轉(zhuǎn)、方管振動、

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

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；面向非線性光學成像應用，開發(fā)了具有較小非線性光學效應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350μm直徑光纖獲得大于1mm振動范圍。
　　總之，本文針對顯微光學成像系統(tǒng)的應用需求，開展了單光纖共振型壓電掃描器的理論與實驗研究。討論了掃描器運行機