基礎知識——超聲波掃描顯微鏡

超聲波掃描顯微鏡是利用超聲波對物體內部進行成像的無損檢測設備，相對于其他顯微技術，超聲波與被檢測物間的相互作用不同于光、電子束及X射線，這些不同的物理效應決定了接收信號的特征，從而形成了顯微照片的對比度。

掃描速率取決于掃描機構（Scanner），KSI公司的最新v4系列掃描速率最大可達2m/s。掃描機構在X、Y軸的掃描范圍可達1000mm x 700mm，這使更大樣品的檢測變得可能。

先進的圖像處理技術可以保證用戶方便地進行偽彩色顯示及對比度調節。 自動掃描功能可以對樣品進行全自動的檢測，這使得即便沒有經過特殊培訓的人員也可以完成檢測任務。

?

超聲波是由壓電換能器（Transducer）產生的，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會在其固有頻率下振蕩，也可以在高頻電磁場的激發下做受迫振蕩。

超聲信號在換能器內部傳播需要經過一個藍寶石（Al2O3）晶柱及一個集成在內部的聲學透鏡。平面波在透鏡與耦合介質的界面發生強烈折射，并在透鏡的軸向聚焦。透鏡和樣品之間的耦合介質主要用于傳播超聲波。

當超聲波與被測物發生相互作用之后，系統開始與產生超聲波相反的工作過程。換能器收集已經發散的反射波，并將它們轉變為平面波，之后再轉變為電信 號。 脈沖模式下高頻功率為1瓦，由于超聲波在樣品表面發生反射、在水中（耦合介質）傳播均需要一定的時間，故兩次超聲激發之間必須要有一個停頓。超聲激發的重 復頻率完全由微處理器根據超聲波的頻率來控制的，最大為128KHz。

通常超聲波的頻率越高，波長越短，但衰減更強烈。

掃描超聲斷層掃描及顯微成像技術相對于其他的掃描技術相比，最大的優點在于成像時采取了完全不同的灰度產生機制。聲學圖像的灰度完全是由材料表面及對超聲不透明的材料內部各種物理參數（如密度、彈性模量等）的變化引起的。

基本工作原理——超聲波掃描顯微鏡

超聲掃描顯微鏡采用脈 沖回波技術工作，由特定的聲學組件發射和接收高重復率的短超聲脈沖，聲波與被測樣品發生相互作用后，反射波被接收并轉換為視頻 信號。要形成一幅聲學圖像，掃描機構需在樣品上方來回做掃描運動，樣品每一點反射波的強度及相位信息均被按順序同步記錄，并轉換為一定灰度值的像素點，顯 示在高分辨率顯示屏上。

?

其中λ為波長，NA為透鏡的數值孔徑。
數值孔徑定義為介質的折射率（n）和孔徑角半數（α）的正弦之乘積，即：NA=n.Sinα 。如果透鏡制作的足夠好的情況下，聲學顯微鏡的分辨率可以小于聲波的波長，而聲波的波長可以通過提高聲波的頻率來減小。