什麼是超聲顯微鏡

利用超聲顯示物體微細結構的裝置。又稱聲學顯微鏡或簡稱聲鏡。

特點

超聲顯微鏡利用物體聲學特性的差異來顯示物體。聲學特性指的是聲阻抗率和聲衰減，它們與物質的彈性和粘彈性有關。聲鏡給出的是物體的聲學像或彈性像。聲鏡還具有一些引人注目的特點，如被測物體不需透光；對於生物組織切片或樣品無需染色，觀察及時；對於大規模集成電路，毋需損壞樣品表面即可直接進行內層觀察。聲鏡與光鏡和電鏡相互補充，為增進對物質性質的瞭解提供一種新工具。

簡史

1936年С.Я.索科洛夫提出超聲顯微鏡的設想；60年代初，聲成像技術的進步，特別是微波超聲的進展為聲鏡的研究奠定了基礎；70年代，聲鏡技術迅速發展，出現了布喇格衍射法、光掃描法、激光掃描法、聚焦聲束掃描法、檢測表面形變法、光導壓電開關法和輻射壓力法等。

掃描聲鏡猶如掃描電鏡有長足的發展，其中L.W.凱斯勒等人的激光掃描聲鏡(SLAM)和C.F.夸特等人的聚焦聲束機械掃描聲鏡 (SAM)是目前聲鏡兩個較主要的分支，後者尤被廣泛重視並分透射式和反射式兩類。

工作原理

入射到物體上的聲波要發生反射、折射、衍射和吸收等聲學現象，經歷這些現象的聲波因與物體發生相互作用而含有物體的信息，利用聲波的某些物理效應把含有新信息的聲波顯示出來就實現了聲成像。至於顯微分辨本領則與波長相當。物質中聲速約比光速小5個數量級，當聲波的頻率為3×109時，在水中的波長就達0.5µm，這時聲鏡的分辨本領已和光鏡相近，經放大肉眼便可直觀。現就透射式SAM進一步説明（見圖）。高頻電信號激發壓電換能器發射高頻超聲，經聲透鏡聚焦成一細小聲束，穿過放在焦平面上的被測樣品，載物片是幾微米厚的聚酯樹脂薄膜，聲耦合媒質是水，當聲波到達對面共焦的聲透鏡，含有樣品信息的聲波經壓電換能器接收又變成電信號，經接收電路送到示波器，機械掃描裝置使載物台作二維掃描運動，使得聚焦聲束在樣品上作逐點逐行地照射，當機掃與示波管的電子束運動同步，屏幕上出現一幅對應於物體的被照射部位的聲像，這幅聲像是由許多像元組成。由於掃描頻率的限制，一幅聲像需幾秒才能完成。

應用領域

聲鏡的用途大約可分為三個方面。

（1）在生物學和醫學上，可以進行活體觀察；

（2）在微電子學上，利用反射式聲鏡，可對大規模集成電路不同層次（包括層間細節）進行非破壞性觀察；

（3）在材料科學上，樣品表面不必拋光腐蝕，聲像能顯示出明顯的晶粒間界、合金內不同組分的區域。

現狀和展望

聲鏡經過幾十年的演變和發展，目前SLAM型的工作頻率高至500MHz，分辨本領較低但能實時顯示。SAM型正在向縱深發展。在提高分辨率方面，最近美國斯坦福大學將聲鏡放在0.2K液氦環境下工作，由於聲速小，獲得了50nm(500┱)的分辨率，英國C.R.佩茨採用高壓氣體作聲耦合媒質，在壓力為30atm的氦氣中，頻率為45MHz，就獲得7µm的分辨率。在聲聚焦方面，一方面用傳遞函數進行聲透鏡理論分析，另一方面，日本的中缽憲賢發展了無透鏡技術，直接採用微型球面聚焦換能器。在應用方面，聲鏡在計量方面得到新應用，如測量極薄層狀結構的層厚，對雞胚胎纖維細胞的觀察，有助於細胞生理學的研究。

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