精密儀表廠建築

[拼音]：shengxue xianweijing

[英文]：acoustic microscope

利用聲波顯示物體微細結構的裝置。它是一種新型顯微鏡，也是聲成像技術的一個新的分支。聲學顯微鏡所用的聲波頻率在超聲頻段，所以也稱超聲顯微鏡，簡稱聲鏡。

1936年，S.索可洛夫提出超聲顯微鏡的設想。60年代，聲成像技術和微波聲學進展很快。70年代初，聲鏡的研製工作迅速展開，現代已有多種形式。L.W.凱斯勒等人設計了鐳射掃描聲鏡，C.F.夸特等人設計了聚焦聲束機械掃描聲鏡，其分辨力高，理論與技術較為完整，結構簡單，分為透射式和反射式兩大類。在70年代末和80年代初，中國科學院聲學研究所和清華大學相繼開展了這種聲鏡的研究工作。

聲波射在物體上會發生透射、反射和衍射等聲學現象。經歷這些過程的聲波，因與物體發生過相互作用而含有物體的力學資訊。聲鏡就是把含有這些資訊的聲波接收、轉換並顯示出來的裝置。聲波的頻率足夠高，即波長足夠短時就可以顯微。反射式聚焦聲束機械掃描聲鏡具有代表性（見圖）。高頻電訊號激發壓電換能器（如氧化鋅或鈮酸鋰換能器）發射高頻超聲，經聲透鏡在耦合介質中聚焦成一細小聲束，射到位於焦平面上的被測樣品上，聲波與樣品相互作用而產生反射聲波，返回聲透鏡又到達換能器並轉換成電訊號，經環行器到接收機直至示波器。機械掃描裝置使載物臺作二維的機械掃描運動，使聚焦聲束對樣品逐點逐行照射。當機械掃描與示波器的電子束運動同步時，螢幕上就出現一幅對應於被照樣品部位的像。這幅聲像由許多像元組成，利用電放大容易控制聲像的放大倍數。由於機械掃描頻率的限制，一幅聲像需要幾秒鐘才能完成。

聲透鏡是會聚或發散聲波的聲學元件。它的工作原理與光透鏡類似，並遵守同一折射定律。聲透鏡材料中的聲速一般比周圍介質中的聲速高，因此會聚用的聲透鏡是凹透鏡。高折射率易於實現，因為只用一個凹球透鏡，所以其像差可略。聲透鏡材料要選取高聲速、低損耗的物質，常用的有藍寶石和熔石英等。聲透鏡的曲率半徑一般小於1毫米，有的僅 40微米。為了保證高頻超聲的有耗傳輸，聲透鏡與樣品之間的耦合介質一般採用水。它和許多物質相容，使用方便。

聲鏡利用聲波，有別於光鏡與電鏡。它是利用對物質力學特性的敏感性。在生物學方面，樣品不需染色即可進行活體而及時的直接觀察；在微電子學方面，可穿過不透光的表面觀察各斷層的內部（如檢查積體電路層間結合的質量）；在材料科學方面，樣品不需拋光腐蝕即可以觀察其金相與組分；在測量方面，可檢測薄膜的厚度和材料微區的彈性性質。聲映象光鏡一樣，不但能顯示物體微細結構，而且能顯現物體的彈性像，但在這方面人們研究得很不夠。

C.F.夸特等人研製的聲鏡頻率為 4.2吉赫。在液氦耦合介質中工作時分辨力 (500埃)已超過光鏡。C.R.佩茨等人研製的聲鏡採用高壓氣體作耦合介質，工作頻率為45兆赫，在30個大氣壓氮氣中工作時，其解析度可達7微米。E.A.阿什等人研究成功微分像的成像新技術;中缽憲賢等人研究成功無透鏡新技術。聲鏡的發展迅速，引起了科學和技術界的重視。雖然用幾何光學和傅立葉光學的方法可以解釋許多成像機理，但聲顯微像的聲學成像機理和技術還有待進一步發展。聲鏡的結構比光鏡龐大複雜，其分辨力也不如電鏡。然而，在研究物質的性質時，聲鏡已為人們提供一種與光鏡和電鏡相互補充的新工具。

參考書目

R.A.Lemons， C.F.Quate，Acoustic Microscope，Physical Acoustics， Vol. XIV， Academic Press，New York，1979.