英国科学家利用激光制造特定超声场：OD体育

发布时间：2026-03-13 丨 浏览次数：

近日，英国伦敦大学学院（UCL）的科学家们研究出有了一种生产特定成像场的方法，不必须中用声换能器就能构建多重、最大限度地探讨。该方法用6纳米长的激光脉冲照射一个3D打印机的物体上，物体表面早已被喷涂了光吸收材料，从而产生特定结构的声场。

研究人员坚信这个技术将不会比常用的声能转换器阵列低廉得多，并将在物理学和生物医学上获得大量应用于。探讨声音理论上产生给定形状的声场是非常容易的一件事，例如在有所不同方位有多个焦点的声学设备或者特定的倒数结构声场等，这在许多领域都会获得应用于，小到实验室中的微粒和生物细胞碎片的操纵，大到诊室中的成像化疗和神经性刺激。

但是从理论模型到实际操作毕竟很艰苦的。传统的超声波是由压电材料做成的压电转化成器将电能转换成高频振动，从而产生声场。

利用这种技术产生多焦点或有结构的声场必须简单的压电转换器阵列以及简单的电路，成本高昂。光声透镜该研究小组利用光脉冲解决问题了这个问题。更加具体地说，他（她）们利用光声效应，将调制光或者激光脉冲的部分能量转化成声能。研究人员说明到，如果激光脉冲照射适合形状的物体上，获得的声场将不会是多焦点的，具备密切的特定结构超声波。

首先研究人员设计了一个盘状的靶材料，盘上有所不同方位的横向深度有所不同，利用激光脉冲产生类似的声场必须周期性地调制这个深度。这就出了一种光声透镜——一个块状的点状表面，光作为输出信号，从而产生特定结构的声场。接着他（她）们研发出有一套数值算法，将用户设想的3D声场作为输出信息，计算出来获得产生这种声场所须要的光声透镜的表面物理结构。“7”字形声场该小组用这个算法获得了产生“7”字形声场的样品表面轮廓。

然后利用高分辨率聚合物喷气3D打印机制作出有刚性的几近半透明的光声透镜，接着在其表面喷涂上吸光聚合物材料。接下来他们把透镜摆放在水面上，用1064nm的YAG调Q激光器收到的6nm长激光脉冲太阳光在透镜表面。脉冲通过样品产生一定形状的声场，并通过水传播到坐落于水底的传感器。

结果表明唤起产生的声场结构和模型预设的声场结构十分相近——用声音写“7”的形状。文章第一作者UCL的博士生MichaelBrown回应该技术还必须更进一步准确，尤其是针对有所不同的光源。

例如调制光源比脉冲激光要更加不利于产生细致的声场。不过他预计这项技术将有辽阔的应用于前景，特别是在操纵生物细胞和其它微粒方面。他说道，“类似于的单焦点器件早已被用作劈裂细胞团和药物运送，我们的工作将不会在这方面获得应用于。

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