مدلسازی تولید اولتراسوند توسط لیزر و بررسی اثر پراش اکوستیکی بر شکل موجو اولتراسوند

فوتواکوستیک که اپتواکوستیک یا لیزر- فراصوت نیز نامیده می شود، روشی است که در آن از انرژی نوری برای تولید امواج فراصوت در مواد مختلف استفاده می شود. شکل موج فراصوت تولید شده حاوی اطلاعات مفیدی درباره ویژگی های نوری محیط جاذب و متاثر از مشخصات پالس لیزر می باشد. سیگنال فشار بدست آمده در اثر انتشار در محیط تا رسیدن به مبدل دستخوش تغییراتی می شود. در این پژوهش اثر پارامترهای لیزر و ویژگی های محیط جاذب بر موج فراصوت تولیدی و نیز اثر پراش اکوستیک بر شکل موج فراصوت درحین انتشار در محیط، شبیه سازی گردیده است.

در این پژوهش برای تولید فشار اکوستیکی در نتیجه دریافت انرژی لیزر پالسی در دو حالت رو به جلو و رو به پشت تابع تبدیلی در حوزه فرکانس معرفی شده است. سپس با استفاده از مدل ارائه شده، اثر تغییر عرض، شکل پالس و طول موج لیزر و نیز ضریب جذب نمونه بر ویژگی های فراصوت تولیدی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس تابع تبدیلی برای پراش اکوستیکی، معرفی شده و با استفاده از آن اثر پراش بر شکل موج فراصوت، شبیه سازی گردیده است. اثر فاصله طولی و شعاعی مبدل فراصوت از سطح تحت تابش و نیز اندازه منبع فراصوت اولیه که تحت تاثیر قطر پرتو لیزر می باشد، بر شکل موج فراصوت، بررسی شده است. کلیه شبیه سازی ها در محیط نرم افزاری MATLAB7 انجام شده است.

با افزایش عرض پالس لیزر، دامنه فراصوت تولیدی افزایش اما محتوای فرکانسی آن کاهش می یابد. با افزایش ضریب جذب نمونه، دامنه فراصوت افزایش می یابد. موج اپتواکوستیک تولیدی در پاسخ به لیزرهای با نمایه گوسی و گوسی نامتقارن (حالت واقعی) تفاوت چشمگیری نداشته و می توان با تقریب خوبی در مدلسازی از پالس گوسی استفاده نمود. در اثر پراش اکوستیک در حین انتشار در محیط موج تک قطبی حالت رو به پشت به یک موج دوقطبی تبدیل می شود. در اثر افزایش ابعاد منبع فراصوت اولیه (قطر پرتو لیزر) دامنه اپتواکوستیک افزایش و عرض آن بیشتر می شود.

برا طراحی یک سیستم لیزر- فراصوت با حداکثر کارایی بایستی طول موج لیزر در ناحیه ای انتخاب شود که بافت تحت مطالعه ضریب جذب بالایی را در آن طول موج داشته باشد. عرض پالس و قطر پرتو لیزر نیز بایستی با توجه به ویژگی های مبدل فراصوت بطور مناسبی انتخاب شود.