微结构超材料透镜实现超声微米级成像

文摘   2024-10-21 09:00   广东  
2024.10.18. 印度马德拉斯理工学院研究团队在《Scientific Reports》(IF=3.8)上发表研究文章 “Micron-scale imaging using bulk ultrasonics”,使用体超声波进行微米级成像

在量子材料、高能物理、核能发电、航空和生物医学诊断等领域,对大块组件的微观缺陷特征进行检测和鉴定是一个重大挑战。超声成像具有成本效益高、非电离等优点,能够穿透较厚的样品,适用于大规模材料检测。传统的线性体声波由于波长较长,对微观缺陷特征的成像能力有限。

近年来,超材料透镜被提出用于实现亚波长分辨率,但目前使用宏观尺度超材料超声实现的亚波长成像分辨率通常在几毫米级别,无法满足微米级特征的检测需求。本研究旨在使用商业超声探头和微结构超材料透镜,实现低至50微米分辨率成像

本研究开发一种基于微结构超材料透镜和体声波的微米级成像技术,克服传统超声成像的分辨率限制,实现对材料内部微观缺陷的高分辨率检测。使用新型微加工超材料透镜,首次展示了体超声波低至50微米的非凡分辨率。讨论了具有10微米方孔阵列的硅基法布里-珀罗型超透镜的开发和性能。

通过定制开发的具有亚微米光斑尺寸的微焦激光器和创新的实验装置以及基于物理的信号处理来解决波接收方面的挑战。研究结果为使用微金属增强超声作为昂贵且易辐射的电磁技术的替代方案,以高分辨率进行更深层次的材料诊断提供了途径。

超材料透镜

微加工超透镜

微金属透镜制造的工艺流程


使用微焦LDV和微超透镜对具有亚波长缺陷的硅样品进行透射超声扫描


用于演示微米级亚波长成像的实验装置示意图

文章链接

https://doi.org/10.1038/s41598-024-72634-2



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