人造革

[拼音]：guangsheng xianweijing

[英文]：photoacoustic microscope

在光聲光譜技術和聲學顯微鏡的基礎上研製的一種新型顯微成像裝置。

光聲顯微鏡基於固體的光聲效應原理。物質受到光照射時吸收光能而受激發，然後通過非輻射的消除激發過程使吸收的光能全部或部分地轉變為熱能。如果照射的光束經過週期性的強度調製，則在物質內就產生週期性的熱流。熱流使物質及其鄰近介質熱脹冷縮，從而使應力產生週期性變化，即聲訊號。聲訊號的頻率與光的調製頻率相同，聲訊號的強度和相位則由物質的光學、熱學、彈性特性以及樣品的幾何形狀決定。將光聲效應用於顯微鏡可得到樣品的光學、熱學、幾何的和彈性的結構像。

光聲顯微鏡的研製工作開始於20世紀70年代後期。已出現多種型別的光聲顯微鏡系統，一般可分為三種。

（1）微波超聲頻段的光聲顯微鏡系統

由透射式聲學顯微鏡改造而成。它將鎖模Q開關(Nd:YAG)鐳射聚焦成2微米左右的光束，取代聲學顯微鏡的輸入聲透鏡和換能器，但仍沿用聲學顯微鏡的輸出聲透鏡和換能器接收光訊號。例如鎖模脈衝列的重複頻率為210兆赫，樣品能產生其諧頻的超聲訊號。因此接收換能器的工作頻率為 840兆赫。當以二維光柵形式掃描樣品時，光束射到樣品上的位置可連續改變，光聲訊號作為位置的函式被記錄並顯示。系統的解析度與光點的尺寸與熱擴散長度(即熱波波長)有關，但高頻的熱擴散長度很短，所以主要由光點尺寸決定。

（2）音訊範圍的光聲顯微鏡系統

用光聲光譜儀（用傳聲器接收聲訊號）改裝成的光聲成像系統。光源為單色連續鐳射，利用機械斬光器進行強度調製，再經光學透鏡聚焦在樣品上。樣品和光聲訊號接收器安裝在特殊設計的光聲盒（樣品盒）內，工作頻率一般低於2千赫。雖然這種光聲顯微鏡系統易於實現，但由於頻率較低和樣品的熱擴散長度較長，對亞表面結構成像的解析度也較低。

（3）用壓電換能器接收聲訊號的光聲顯微鏡系統

壓電換能器通過聲耦合介質直接與樣品接觸而接收光聲訊號。光聲訊號的壓電檢測有如下優點：

（1）不必採用封閉的光聲盒，樣品的尺寸不受限制；

（2）接收靈敏度較高，適用於吸收光較弱的樣品；

（3）檢測頻域廣：從音訊到超聲頻段都可以使用。

光聲顯微鏡用於檢測物質在吸收光能後所產生的熱波和物質受激發後產生的聲訊號。利用光聲效應檢測物質的結構很靈敏。此外，由於熱波波長較短，即使光聲顯微鏡的工作頻率不高（如1兆赫），其解析度也可達到微波頻段超聲顯微鏡的解析度。因為熱波的透入深度隨波長而變，改變頻率就能對樣品的亞表面結構進行分層分析。同時，還可以適當調節接收系統，以接收光聲訊號的“振幅”或“相位”，從而區別樣品的表面結構和亞表面結構。

光聲顯微鏡主要用於三個方面。

（1）在半導體工業中的應用：可以顯示矽片及其在製作中金屬化和氧化層的幾何特徵和材料特徵方面的資料，如金屬化或氧化層中的缺陷、深度剖面結構以及薄膜厚度等。

（2）在無損檢測方面的應用：光聲顯微鏡的檢測系統一般不需要與被測樣品的表面接觸，能有效地檢測形狀複雜的樣品（如渦輪定子的某些區域，其檢測精度較高，如對錶面缺陷的檢測可達到幾十微米的數量級。

（3）在生物醫學方面的應用：光聲效應的檢測靈敏度高，有可能實現非損傷性的檢查。

聲訊號可由物質吸收的任何形式的電磁能量產生，如電磁波、紅外線、可見光、紫外線、 X射線、γ射線等；同時還可由任何粒子與樣品的相互作用而產生，如電子、質子、中子、離子、原子或分子等。因此顯微鏡的入射光束也可以採用其他形式的電磁輻射或粒子束來代替，包括用高頻聲波作為入射能。利用檢測熱波訊號的顯微鏡，稱為熱波顯微鏡。