提高超聲成像圖案解析度50倍的新方法

在日前的《自然·物理學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和西班牙馬德里自治大學(xué)的科學(xué)家聲稱，他們已找到了一種新方法，能夠克服超聲成像圖案解析度不高的局限，將超聲成像的解析度提高50倍。
研究人員在論文中描述了如何捕獲從一個(gè)目標(biāo)反射回的倏逝波，并重建出僅為聲波波長(zhǎng)1/50的微小細(xì)節(jié)。與能傳輸很長(zhǎng)距離的傳播波相比，倏逝波是一種在物體附近很短距離內(nèi)漸次減弱的振動(dòng)。
論文第一作者、加州大學(xué)伯克利分校大規(guī)模集成納米制造中心的博士后研究員朱捷(音譯)表示，利用他們的設(shè)備，他們檢獲并傳輸了倏逝波，該波中包含有來(lái)自目標(biāo)的超亞波長(zhǎng)信息的重要部分，從而使他們得以實(shí)現(xiàn)超清晰的聲學(xué)成像。
研究人員指出，可捕捉倏逝波的設(shè)備是一種三維多孔結(jié)構(gòu)的超材料。它包含1600個(gè)空心銅管，并集束在一個(gè)橫截面為6.3厘米見方、長(zhǎng)為16厘米的棒條中。將其靠近目標(biāo)物，就能捕獲到倏逝波，并把倏逝波傳送到另一端。在實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)超材料設(shè)備可裝在超聲探頭的一端以大幅改善成像質(zhì)量。該設(shè)備還能改善水下超聲探測(cè)(聲納)的效果，或提高工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的無(wú)損檢測(cè)水平。對(duì)于超聲檢測(cè)來(lái)說(shuō)，成像解析度通常都在毫米級(jí)別，有了該設(shè)備，解析度就只受限于這些孔的大小。
實(shí)驗(yàn)中，銅管中的小孔直徑約為1毫米。使用2KHz(千赫)的超聲波，圖像的解析度通常會(huì)受限于波長(zhǎng)，即200毫米。利用這種多孔超材料，解析的特征尺寸可小至4毫米，也就是波長(zhǎng)的1/50。研究人員表示，如果沒有這種超材料，要檢測(cè)如此深的亞波長(zhǎng)目標(biāo)幾乎是不可能的。