光纤光声传感器 - 产品信息 - 相关知识

2025-01-10 17:03:03光纤光声传感器: 光纤光声传感器是一种结合光纤技术和光声效应的高灵敏度传感器。它利用光纤传输光信号，当光照射到物质上产生光声效应时，通过光纤捕获并传输这些声波信号进行测量。光纤光声传感器具有远程测量、抗干扰能力强、高灵敏度等优点，广泛应用于气体检测、环境监测、生物医学等领域，对于实现高精度、非接触式的测量具有重要意义。

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光纤光声传感器问答

2025-02-17 14:30:16多光谱光声断层扫描成像原理是什么？: 多光谱光声断层扫描成像：开创医学影像的新篇章多光谱光声断层扫描成像（MSPAT）是一项革命性的成像技术，结合了光学和超声波的优势，能够提供高分辨率的图像，且具有较高的深度穿透能力。随着技术的不断发展，MSPAT在医学成像、癌症检测、脑部研究等领域展现了广泛的应用潜力。本篇文章将深入探讨多光谱光声断层扫描成像的原理、优势及其在临床诊断中的应用。光声效应与成像原理多光谱光声断层扫描成像的核心原理是基于光声效应。当激光光源照射到组织中时，组织中的水分和血红蛋白会吸收特定波长的光，导致局部温度升高并产生快速的热膨胀。这个过程会激发声波的产生，声波的强度和频率可以通过超声探头进行探测，从而反映出组织的内部结构和成分。多光谱光声断层扫描成像之所以能称为“多光谱”，是因为它使用了不同波长的激光源，从而可以获得组织的不同光学特性。这种技术的优势在于，它能够获取更丰富的组织信息，识别不同的组织成分，如血管、肿瘤以及其他病变区域。多光谱光声断层扫描成像的优势相比传统的成像技术，如CT（计算机断层扫描）和MRI（磁共振成像），多光谱光声断层扫描成像具有独特的优势。MSPAT能够以较高的分辨率提供结构性图像，这在微小病变的早期发现上至关重要。尤其是在肿瘤检测方面，MSPAT能有效区分肿瘤组织和健康组织，有助于提高肿瘤早期筛查的准确性。 MSPAT能够在不使用放射线的情况下，获得丰富的血管信息。传统的成像技术需要注射对比剂来突出血管的显现，而MSPAT则通过不同波长的激光照射，可以无创性地提供关于血管的详细信息，且能够深入体内组织层次，帮助医生更好地评估肿瘤的血供状况或病变的演变过程。临床应用前景在医学领域，MSPAT已经展现出巨大的应用潜力，尤其在肿瘤检测和神经系统疾病的诊断中。通过对肿瘤组织的精确成像，医生可以更加准确地评估肿瘤的大小、位置以及血供情况，从而为方案的制定提供重要依据。MSPAT也在脑血管病变、脑部肿瘤等神经系统疾病的研究中，帮助医生获取更加直观的病变图像，辅助早期诊断和治果评估。未来，随着技术的不断进步，MSPAT的应用范围将进一步扩展。尤其是与人工智能结合的进展，MSPAT的图像分析将更加，能够帮助医生在极短的时间内做出更加科学的诊断决策，极大地提高医率和诊断准确率。结论多光谱光声断层扫描成像作为一项创新的成像技术，凭借其高分辨率、无创性和多波长成像的优势，正在医学影像领域中占据越来越重要的地位。随着技术的不断发展，MSPAT将在肿瘤筛查、脑部疾病诊断等方面展现出更加广泛的应用潜力，并有望成为未来医学影像的主流技术之一。

2022-07-20 13:38:49光声成像材料 | 肿瘤微环境激活的光声成像显影剂: 在生物成像和光诊疗学领域，通过对材料的结构调整以控制其光学性质是探索新材料，发现新应用的重要且常见方式。贵金属就是其中较为主要的一类原料，但通常的贵金属材料存在两个明显缺点：一、激发波长通常落在可见光和近红外一区（NIR-I，700 – 1000 nm），这使得成像的深度降低，同时无法与组织发生明显的作用；二、该类材料通常不具备激活功能（即始终在线，Always-on），使得难以从成像中分辨目标和其他无关组织，同时可能会存在未知副反应。在这样的背景下，作者Chunyu Zhou等人将目标放在更高信噪比、更大成像深度的近红外二区（NIR-II，1000 – 1700 nm），开发能够对肿瘤微环境进行响应的贵金属纳米材料。该材料以金纳米粒子（Gold nanoparticles，AuNPs）为主体（见图1），在乙醇和水的混合体系中使其形成纳米链（Nanochain）。之后引入Tetraethyl orthosilicate，（TEOS），水解后包裹金纳米链，形成核鞘结构（Core-sheath nanostructure，AuNCs@SiO2）。注射至小鼠体内后，因肿瘤微环境（Tumor microenvironment，TME）中高H2O2水平触发邻近金纳米颗粒在AuNCs@SiO2的有限局部空间内融合，从而产生了具有强NIR-II吸收的串状结构。图1：AuNCs@SiO2作用示意图因AuNCs@SiO2具有TME激活特性，因此不容易受其他组织的影响，表现出优异的光声成像性能（图2）。图2：正常组织与肿瘤组织的超声、光声成像对比同时，AuNCs@SiO2在1064 nm处光热转换效率高达82.2%（图3），可导致癌细胞严重死亡，显著抑制肿瘤生长（图4、5、6）。图3：AuNCs@SiO2与其他已报道的光热治疗试剂的转换效率对比：1) AuNCs@SiO2; 2) Au3Cu@PEG TPNCs; 3) Au-wires-on-AuNR; 4) Pt Spiral; 5) Cu2MnS2 NPs; 6) Nb2C (Mxene); 7) Cu3BiS3 NRs; 8) L-Pdots; 9) TBDOPV-DT NPs; 10) SPN-DT图4：注射PBS和AuNCs@SiO2的荷4T1瘤小鼠光热红外热成像（1064 nm NIR-II激光，0.5 W/cm2）图5：注射PBS和AuNCs@SiO2后，肿瘤部位温度与照射时长的变化趋势图6：接受相应治疗后的小鼠肿瘤大小对比（I：PBS；II：AuNCs@SiO2；III：PBS+Laser；IV：AuNCs@SiO2+Laser）总结：作者成功合成出具有TME响应的、同时具有光声成像和光热治疗功能的二氧化硅包裹自组装金纳米链。通过TME中高浓度H2O2水，使金纳米粒子表面柠檬酸氧化，进而脱离纳米粒子表面，导致金纳米粒子融合，产生强NIR-II吸收。这一新型材料或许能够为准确非侵入性诊疗打开新的大门。美国PhotoSound 小动物3D光声/荧光成像系统 (PAFT) 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统(PAFT)为小动物活体成像和表征提供了完整的解决方案。该系统集成了三种互补的三维成像模式：光声成像(PAT)、荧光成像(FMT)、生物发光成像(BLT)，可同时实现小动物的3D光声、3D荧光和3D生物发光成像,该系统可为生物组织提供高分辨率、高对比的解剖学成像效果。可实现近红外一区和近红外二区（670-2600 nm）小鼠全身3D光声/荧光成像系统，采用OPO可调式激光器，提供670-2600 nm连续脉冲激光、完全3D光声成像(具有100 um等向分辨率的完全三维成像，非切片叠加成像)、高通量 (256个电子通道)、灵敏度高(60 nM ICG )、桌面式设计，方便使用、成像速度快 (完成一次3D扫描需30秒)。往期回顾● 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统● 小鼠解剖应用笔记 —— 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统● 光声成像应用 | 探寻动脉粥样硬化斑块

2022-10-28 10:18:55光声应用 | 肾小管间质纤维化诊断: 背景慢性肾病，以其高发生率和强大的潜伏性，已越来越成为一种常见的疾病。如果能够及时地检测到该疾病的发生进程，将大大改善后续的医疗成效。在众多病理特征中，肾小管间质纤维化（Tubulointerstitial fibrosis）作为众多肾脏疾病发展进程中的常见中间体，是反映肾脏状态的重要指标。目前，临床方法仍然只能做到减缓病程，并不能阻止或者扭转疾病对于组织的破坏。因此，医疗和科研工作人员将注意力放在了疾病的早期阶段——如果能在该阶段确定病变，则有更大的几率阻止疾病恶化。研究思路在此背景下，Dingyuan等人尝试对肾小管间质纤维化进行实时检测。传统的方法使用的肾活组织切片（Kidney biopsy）容易导致大量出血，因而作者更偏向于非接触式检测。而在该领域，通常选用CT、核磁共振等方式，但这些方式辐射风险相对较大，因此作者选择了光声/荧光成像方式。而在显影剂的选择上，相对于无机材料，有机材料具有更好的生物降解能力、纯度以及聚集诱导发光效应（Aggregation-induced emission, AIE）——一种在溶液中分散时几乎不发光，但在聚集状态时发光大大增强的现象——因而被作者看中。同时，现有的大部分具有AIE的光声显影剂为疏水性材料，不利于均匀分散和体内代谢，因此作者开发了一款水溶性AIE肾小管间质纤维化检测显影剂。显影剂设计及表征作者首先获得的是AIE-4COOH分子——一个携带4个羧基的具有AIE效应的分子。为了增加其水溶性，作者将4个羧基全部PEG化，成为AIE-4PEG550。AIE-4PEG550在DMSO/水体系中溶解良好，并能够自组装形成纳米粒子（AIE-4PEG550 NPs，图1）。表征结果显示该粒子有以下两个优点：一、粒径约26 nm，质量约3.3 kDa，能够有效通过肾脏的滤过作用（截留质量通常为30-50 kDa）；二、光稳定性好：在660 nm波长持续照射30 min后，仅有微小强度下降，而作为对照的显影剂ICG则已完全猝灭。在645 nm处具有强吸收峰，而发射峰则在893 nm。图1 AIE-4PEG550纳米粒子设计思路图2 AIE-4PEG550 NPs的左）吸收、发射图谱；右）粒径检测（溶液均为水）体外和体内实验体外实验着眼于该有机分子的生物兼容性。在0 – 100 μg/mL该分子溶液中孵育24 h后，HK-2细胞（Human kidney -2，人肾皮质近曲小管上皮细胞）的存活率仍在95%以上（图3）。图3 在不同浓度AIE-4PEG550 NPs环境下孵育的HK-2细胞存活率在正常体内实验中，作者同时进行了荧光和光声成像，相互验证了该显影剂主要聚集于肾脏而非肝脏（图4），随着时间流逝，肾脏中的含量逐渐降低，膀胱中的含量逐渐增加，表明该显影剂可由肾脏代谢，并由尿液排出。测得的24 h清除效率为93.1 ± 1.7%（图5）。图4 在注射显影剂后，肾脏的荧光（A）和光声（B）、膀胱的荧光（C）和光声（D）随时间的成像效果变化。在肾脏中，4 min达到顶峰，而在膀胱中，60 min达到顶峰。E和F分别为相应的数值变化柱状图图5 肾脏清除效率随注射后时间变化曲线（每只小鼠200 μg剂量，n = 3）而在肾病模型小鼠上，同样的剂量表现出截然不同的结果：直到180 min之前，肾脏中的显影剂含量一直在增加，说明肾脏代谢功能降低，本该代谢到膀胱的化合物积聚在肾脏中（图6），这一现象也在相应的荧光信号强度上有所验证（图7）。通过这种区别，能够较为直观地评估肾脏代谢功能。图6 在注射显影剂后，肾脏的荧光（A）和光声（B、C）、膀胱的荧光（D）和光声（E、F）随时间的成像效果变化。图7 肾病模型小鼠注射显影剂后180 min的荧光信号强度变化（红：肾脏；蓝：膀胱）小结作者设计并开发了一种新型荧光/光声显影剂，其优点主要有：一、体积小，可通过肾脏过滤；二、肾脏清除效率较高；三、得益于AIE效应，成像效果优异；四、良好的生物兼容性；五、优良的光稳定性。在文献中，作者将其应用于非侵入式地诊断肾小管间质纤维化情况，祝愿在不久的将来，这项技术可以用于临床，帮助医生快速诊断肾脏功能，从而帮助患者更好地恢复。参考文献[1] Yan, D., Li, T., Yang, Y., Niu, N., Wang, D., Ge, J., Wang, L., Zhang, R., Wang, D. and Tang, B.Z. (2022), A Water-soluble AIEgen for Noninvasive Diagnosis of Kidney Fibrosis via SWIR Fluorescence and Photoacoustic Imaging. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2206643. https://doi.org/10.1002/adma.202206643

2023-05-31 13:03:22客户成就 |基于光纤的贝塞尔光发生器制作: 贝塞尔光束从其被发现开始，由于其比光学中典型的高斯光束具有特殊的优势，拥有独特的无衍射和自恢复特性，引起了科学界极大的兴趣。这些特性也就意味着光束在被物体部分阻挡后可进行自我重建。由于这些独特性，贝塞尔光束在光学镊子、显微镜、光谱学和通信应用方面有很大的潜力。然而由于其依赖于空间光元件，并且在满足定制光束参数的需要方面受到限制，因此在实际的科学实验中要产生贝塞尔光束是十分具有挑战性的。如今，借助于Nanoscribe的双光子聚合技术可直接在光纤上打印新型光子结构，使其产生零阶和涡流贝塞尔光束。在光纤上打印微纳光子结构以产生零阶和涡旋贝塞尔光束贝塞尔光束的特殊性使其成为各种光学应用（例如通信、光诱捕和成像等）最佳选择。如果你看到贝塞尔光束的横截面，你会发现一组同心圆或圆环，与典型的高斯光束相比，光束的最内圈可以在更长的延伸范围内保持聚焦。即使贝塞尔光束被一个物体部分阻挡，光束在穿过该物体后能够进行自我重建。然而，要将圆形光束转化为若干环形，需要特殊的光学器件，如锥状折射材料axicon或全息光束整形方法。为了克服这些方法所需的空间光元件的限制，基于光纤的贝塞尔光束发生器应运而生。但是，当涉及到调整光束参数时，这些基于光纤的解决方案却是有限的，并且只提供零阶贝塞尔光束的生成。来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科学家们开发了一种新的方法来制造一个由堆叠的微光元件组成的光子结构。他们将该结构直接3D打印在光纤面上，以实现从光纤生成零阶和涡流贝塞尔光束。基于光纤的贝塞尔光束发生器的设计由三个元素组成，用于对齐单模光纤输出的高斯样光束，并将其转化为贝塞尔光束。这些微光学元件是使用Nanoscribe的2PP打印技术在光纤面上一次性3D打印出来的。图片来自于：KAUST新型解决方案-光纤上打印3D结构科学家们使用双光子聚合高分辨率三维打印技术，为从光纤中直接产生零阶和高阶贝塞尔光束，并与光纤的核心对齐提供了有效的解决方案并。同时，Nanoscribe的IP-Dip光刻胶提供了生产光子晶体光纤设计所需的高空间分辨率，以便操纵光束。全新微纳加工方案使得打印的微光学元件具有较低的表面粗糙度。三维打印的微光学元件显示了光束转换的高效率和低传输损耗。基于2PP原理三维打印技术能够打印先进的任意形状的复杂3D微光学元件，如贝塞尔光束发生器。该基于光纤的光子结构由三个微光学元件组成，它们相互对准并与底层光纤面相连接，并可实现单个元件的无缝集成。2PP技术可实现按需定制光学参数来调整光子结构设计。因此，这种复合光子结构的快速原型设计使得在根据具体应用进行改变设计时，可以实现快速的设计迭代周期。得益于2PP三维打印技术的灵活性，定制打印的贝塞尔光束发生器可以应用于内窥镜，光学相干断层扫描、基于光纤的光学捕集和微操纵等领域。SEM特写图显示了基于光纤的3D打印贝塞尔光束发生器，该结构带有螺旋相位板的光子晶体设计和带有支撑结构的微透镜。灵感来自于KAUST的设计。由Nanoscribe制作A2PL技术实现纳米精度三维对准在光纤上打印光子结构来生成贝塞尔光束需要打印精确对准光纤光轴的微光学元件。新一代的Quantum X对准系统可以比其他Nanoscribe基于2PP技术的3D打印系统在达到更高形状精度的同时，更快、更简便、更精确地完成这项任务。这是因为Quantum X align是基于最先进的平台，并具有专利的对准双光子光刻技术A2PL®。因此，优化的硬件和软件使得在光纤上以亚微米的精度打印复杂的3D微光学元件成为了可能。项目团队阿卜杜拉国王科技大学-生物和环境科学工程系阿卜杜拉国王科技大学-计算机，电气和数学科学与工程系原文文献3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-6-645&id=476826

2025-05-21 11:15:28半导体激光器怎么导入光纤: 半导体激光器怎么导入光纤：技术要点与应用分析半导体激光器作为现代光通信、激光加工以及医疗设备中不可或缺的核心组件，其光输出特性与光纤的匹配问题成为影响系统性能的关键因素之一。如何高效地将半导体激光器的光束导入光纤，确保光能的大化传输，并减少损耗，是许多技术人员和工程师研究的。本文将深入探讨半导体激光器导入光纤的关键技术，分析光耦合的原理、光纤的选择以及在不同应用中的实际挑战与解决方案。半导体激光器与光纤的光耦合原理在进行光耦合时，首先要理解半导体激光器的输出光束和光纤的光学特性。半导体激光器输出的光束具有较高的发散角，而光纤通常要求光束进入的角度与光纤的核心区域完全对接。为了实现高效的耦合，必须考虑到两个方面：光束的聚焦与光纤的接收能力。 1. 光束的聚焦半导体激光器输出的光束通常呈现一定的发散度，因此需要使用光学透镜系统进行聚焦。这些透镜可以有效地将激光器输出的光束聚焦到光纤的输入端口，从而减少光能在传输过程中的损耗。常见的聚焦方式有单透镜聚焦和复合透镜系统聚焦两种方式，前者结构简单且成本较低，后者则适用于更高精度的光纤耦合。 2. 光纤的选择光纤的选择同样是影响光耦合效率的重要因素。主要有单模光纤和多模光纤两种类型。单模光纤能够提供更低的损耗和更高的传输质量，适用于长距离光通信。而多模光纤则适合短距离应用，其成本较低，且能够支持较大的光斑面积。选择合适的光纤不仅影响耦合效率，也决定了系统的传输质量与成本。光纤与半导体激光器的接驳技术对于半导体激光器与光纤的接驳，常见的技术方法包括自由空间耦合和微型光学模块耦合。 1. 自由空间耦合自由空间耦合技术采用透镜或反射镜将激光器输出的光束导入光纤。该方法简单，且不需要复杂的光学对准，但是要求激光器和光纤之间的空间距离和对准精度较高，稍有偏差就可能导致光损失。 2. 微型光学模块耦合随着光纤通信技术的不断发展，微型光学模块成为了一种更精确的光耦合技术。这些模块内置了精密的光学元件，可以更地将激光输出端和光纤接头对准，减小了光损耗并提高了传输效率。半导体激光器耦合光纤的应用在实际应用中，半导体激光器导入光纤的技术广泛应用于光通信、医疗激光、激光显示和精密制造等领域。尤其在光纤通信中，半导体激光器与光纤的高效耦合直接关系到信号的质量和传输距离；而在激光加工和医疗领域，精确的光束传输可以保证加工精度和治果。总结半导体激光器与光纤的光耦合技术是光学系统设计中的一项关键技术，影响着系统的光效、稳定性与成本。在实际操作中，合理的光纤选择、精确的光束聚焦技术以及高效的光耦合方式是提高传输效率的关键因素。随着光通信和激光技术的不断进步，未来将会出现更多创新的解决方案，进一步推动相关行业的发展与应用。