基礎(chǔ)知識(shí)——超聲波掃描顯微鏡

超聲波掃描顯微鏡是利用超聲波對(duì)物體內(nèi)部進(jìn)行成像的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，相對(duì)于其他顯微技術(shù)，超聲波與被檢測(cè)物間的相互作用不同于光、電子束及X射線(xiàn)，這些不同的物理效應(yīng)決定了接收信號(hào)的特征，從而形成了顯微照片的對(duì)比度。

掃描速率取決于掃描機(jī)構(gòu)（Scanner），KSI公司的新v4系列掃描速率可達(dá)2m/s。掃描機(jī)構(gòu)在X、Y軸的掃描范圍可達(dá)1000mm x 700mm，這使更大樣品的檢測(cè)變得可能。

先進(jìn)的圖像處理技術(shù)可以保證用戶(hù)方便地進(jìn)行偽彩色顯示及對(duì)比度調(diào)節(jié)。 自動(dòng)掃描功能可以對(duì)樣品進(jìn)行全自動(dòng)的檢測(cè)，這使得即便沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊培訓(xùn)的人員也可以完成檢測(cè)任務(wù)。

超聲波是由壓電換能器（Transducer）產(chǎn)生的，頻率在100MHz以下的換能器一般采用鈮酸鋰晶體、石英晶體或其他陶瓷；100MHz以上多采用ZnO等壓電晶體。這些換能器受到電子間歇脈沖的激發(fā)會(huì)在其固有頻率下振蕩，也可以在高頻電磁場(chǎng)的激發(fā)下做受迫振蕩。

超聲信號(hào)在換能器內(nèi)部傳播需要經(jīng)過(guò)一個(gè)藍(lán)寶石（Al2O3）晶柱及一個(gè)集成在內(nèi)部的聲學(xué)透鏡。平面波在透鏡與耦合介質(zhì)的界面發(fā)生強(qiáng)烈折射，并在透鏡的軸向聚焦。透鏡和樣品之間的耦合介質(zhì)主要用于傳播超聲波。

當(dāng)超聲波與被測(cè)物發(fā)生相互作用之后，系統(tǒng)開(kāi)始與產(chǎn)生超聲波相反的工作過(guò)程。換能器收集已經(jīng)發(fā)散的反射波，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌ǎ笤俎D(zhuǎn)變?yōu)殡娦?號(hào)。 脈沖模式下高頻功率為1瓦，由于超聲波在樣品表面發(fā)生反射、在水中（耦合介質(zhì)）傳播均需要一定的時(shí)間，故兩次超聲激發(fā)之間必須要有一個(gè)停頓。超聲激發(fā)的重 復(fù)頻率完全由微處理器根據(jù)超聲波的頻率來(lái)控制的，為128KHz。

通常超聲波的頻率越高，波長(zhǎng)越短，但衰減更強(qiáng)烈。

掃描超聲斷層掃描及顯微成像技術(shù)相對(duì)于其他的掃描技術(shù)相比，的優(yōu)點(diǎn)在于成像時(shí)采取了完全不同的灰度產(chǎn)生機(jī)制。聲學(xué)圖像的灰度完全是由材料表面及對(duì)超聲不透明的材料內(nèi)部各種物理參數(shù)（如密度、彈性模量等）的變化引起的。