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Il sensore basato sul laser di ultrasuono della nuova fibra può avere applicazioni potenziali nei sistemi diagnostici medici

Creando una nuova torsione sui sensori a fibra ottica, i ricercatori in Cina hanno sviluppato una tecnica di rappresentazione fotoacustica astuta e flessibile che può avere applicazioni potenziali nelle unità portabili, nella strumentazione e nei sistemi diagnostici medici.

Il ricercatore che del cavo Jin lungo dall'istituto della tecnologia di fotonica all'università di Jinan in Canton presenterà alla nuova fibra il sensore basato sul laser di ultrasuono alle frontiere di OSA nella conferenza di scienza del laser + dell'ottica APS/DLS, essendo tenendo 16-20 settembre, 2018 in Washington, D.C. Jin egualmente presenterà i risultati di uno studio facendo uso di un microscopio in vivo fotoacustico.

La presentazione fa parte “della sessione di microscopia avanzata„, essere da tenersi al 2:30 p.m. il lunedì, il 17 settembre nella sala da ballo ad ovest di Jefferson di Washington Hilton Hotel.

La loro nuova tecnica conta sulla tecnologia di fibra ottica per fornire i nuovi sensori per la rappresentazione fotoacustica. Usa la rilevazione a fibra ottica di ultrasuono, sfruttante gli effetti acustici sugli impulsi del laser via l'effetto termoelastico -- mutamenti di temperatura che si presentano come conseguenza dello sforzo elastico.

“I sensori a fibra ottica convenzionali individuano i segnali estremamente deboli approfittando della loro alta sensibilità via la misura di fase,„ ha detto Jin. Questi stessi ordinamenti dei sensori sono utilizzati nelle applicazioni militari per individuare (kilohertz) le onde acustiche a bassa frequenza. Ma risulta che non funzionano così bene per le onde di ultrasuono alle frequenze di megahertz usate per gli scopi medici perché le onde di ultrasuono si propagano tipicamente come onde sferiche ed hanno una lunghezza molto limitata di interazione con le fibre ottiche. I nuovi sensori specificamente sono stati sviluppati per imaging biomedico, Jin ha detto e può fornire la migliore sensibilità che i trasduttori piezoelettrici in uso oggi.

Il gruppo ha progettato un sensore speciale di ultrasuono che è essenzialmente un laser compatto costruito all'interno della memoria di 8 micron-diametri di una fibra ottica monomodale. “Ha una lunghezza tipica di soltanto 8 millimetri,„ Jin ha detto. “Per sviluppare il laser, due specchi stridenti altamente riflettenti UV-sono scritti nella memoria della fibra per fornire il feedback ottico.„

Questa fibra poi ottiene verniciata con l'itterbio e l'erbio per fornire il guadagno ottico sufficiente a 1.530 nanometri. Utilizzano un laser a semiconduttore di nanometro 980 come il laser della pompa.

“Tali laser della fibra con un linewidth di kilohertz-ordine -- la larghezza dello spettro ottico -- può essere sfruttato come sensori perché offrono un alto rapporto segnale-rumore,„ ha detto il membro Yizhi Liang, un assistente universitario del gruppo di ricerca all'istituto della tecnologia di fotonica.

La rilevazione di ultrasuono trae giovamento dalla tecnica combinata perché le onde di ultrasuono di laterale incidente deformano la fibra, modulante la frequenza lasing.

“Individuando lo spostamento di frequenza, possiamo ricostruire la forma d'onda acustica,„ Liang ha detto.

Il gruppo non demodula il segnale di ultrasuono, estraente le informazioni originali, facendo uso ai dei metodi basati a interferometria convenzionali o dell'alcuna chiusura additiva di frequenza. Piuttosto, usano un altro metodo, chiamato “auto-heterodyning,„ dove il risultato di mescolanza delle due frequenze è individuato. Qui, misurano la nota di battimento del radiofrequenza-dominio data dai due modi ortogonali di polarizzazione dell'intercapedine della fibra. Questa demodulazione egualmente garantisce intrinsecamente un output stabile del segnale.

I sensori basati sul laser di ultrasuono della fibra offrono le opportunità per uso nella microscopia fotoacustica. I ricercatori hanno utilizzato un laser messo a fuoco di impulso di nanosecondo di nanometro 532 per illuminare un campione e per eccitare i segnali di ultrasuono. Collocano un sensore in una posizione stazionaria vicino al campione biologico per individuare le onde otticamente indotte di ultrasuono.

“Tramite lo scansione di quadro televisivo il punto di laser, possiamo ottenere un'immagine fotoacustica delle imbarcazioni e capillari di un orecchio del mouse,„ Jin ha detto. “Questo metodo può anche essere usato strutturalmente all'immagine gli altri tessuti e dal punto di vista funzionale distribuzione dell'ossigeno di immagine usando altre lunghezze d'onda di eccitazione -- quale approfitta degli spettri di assorbimento caratteristici dei tessuti differenti dell'obiettivo.„

Le fibre ottiche sono utili perché sono minuscole, leggere ed intrinsecamente flessibili, Jin hanno aggiunto.

“Lo sviluppo del nostro sensore del laser è molto incoraggiante a causa del suo potenziale per gli endoscopi ed applicazioni portabili,„ Jin ha detto. “Ma i prodotti endoscopici commerciali correnti sono tipicamente millimetri nella dimensione, che può causare il dolore e non funzionano in conformità agli organi vuoti con spazio limitato.„