近日，英國倫敦大學學院（UCL）的科學家們研究出了一種制造特定超聲場的方法，不需要用到聲換能器就能實現多重、最大限度地聚焦。該方法用6納米寬的激光脈沖照射到一個3D打印的物體上，物體表面已經被噴涂了光吸收材料，從而產生特定結構的聲場。研究人員相信這個技術將會比常用的聲能轉換器陣列便宜得多，并將在物理學和生物醫學上得到大量應用。
聚焦聲音
理論上產生任意形狀的聲場是非常容易的一件事，例如在不同位置有多個焦點的聲學設備或者特定的連續結構聲場等，這在許多領域都會得到應用，小到實驗室中的微粒和生物細胞碎片的操控，大到診室中的超聲治療和神經刺激。但是從理論模型到實際操作卻是很艱難的。
聚焦聲音
理論上產生任意形狀的聲場是非常容易的一件事，例如在不同位置有多個焦點的聲學設備或者特定的連續結構聲場等，這在許多領域都會得到應用，小到實驗室中的微粒和生物細胞碎片的操控，大到診室中的超聲治療和神經刺激。但是從理論模型到實際操作卻是很艱難的。
傳統的超聲波是由壓電材料制成的壓電轉化器將電能轉換成高頻振動，從而產生聲場。利用這種技術產生多焦點或有結構的聲場需要復雜的壓電轉換器陣列以及復雜的電路，成本高昂。
光聲透鏡
該研究小組利用光脈沖解決了這個問題。更具體地說，他（她）們利用光聲效應，將調制光或者激光脈沖的部分能量轉化成聲能。研究人員解釋到，如果激光脈沖照射到合適形狀的物體上，得到的聲場將會是多焦點的，具有緊密的特定結構超聲波。
首先研究人員設計了一個盤狀的靶材料，盤上不同位置的垂直深度不同，利用激光脈沖產生特殊的聲場需要周期性地調制這個深度。這就成了一種光聲透鏡——一個塊狀的不規則表面，光作為輸入信號，從而產生特定結構的聲場。接著他（她）們開發出一套數值算法，將用戶設想的3D聲場作為輸入信息，計算得到產生這種聲場所需的光聲透鏡的表面物理結構。
“7”字形聲場
該小組用這個算法得到了產生“7”字形聲場的樣品表面輪廓。然后利用高分辨率聚合物噴射3D打印機制作出剛性的近乎透明的光聲透鏡，接著在其表面噴涂上吸光聚合物材料。
接下來他們把透鏡放置在水面上，用1064nm的YAG調Q激光器發出的6nm寬激光脈沖照射在透鏡表面。脈沖通過樣品產生一定形狀的聲場，并通過水傳播到位于水底的傳感器。結果表明激發產生的聲場結構和模型預設的聲場結構極為相似——用聲音寫出“7”的形狀。
文章第一作者UCL的博士生Michael Brown表示該技術還需要進一步精確，特別是針對不同的光源。例如調制光源比脈沖激光要更有利于產生精細的聲場。不過他預計這項技術將有廣闊的應用前景，特別是在操控生物細胞和其它微粒方面。他說，“類似的單焦點器件已經被用于劈裂細胞團和藥物輸送，我們的工作將會在這方面得到應用。”
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