超声成像在生物医学应用领域尤其是临床诊断方面一直发挥着重要作用。对于介入式内窥成像应用来说,传统的压电换能器往往因为体积相对较大,难以深入到狭窄的管腔结构中,成像质量受到限制。针对这一问题,本文基于光纤尺寸小巧、柔性可弯曲的结构特点,提出研制全光纤超声成像技术。基于直径125微米的光纤分别研制了高强度超声源和高灵敏度超声传感器,将两者配合使用构成小型化全光纤超声探头,并实现了对生物组织样本的侧视超声成像,为微型化超声内窥探头的实现奠定了技术基础。本文围绕全光纤超声探头的制备和超声成像的实现,主要开展了以下研究工作:(1)在光学超声激发上,在光纤端面用浸涂法沉积了超声激发膜层,在2.46μJ激光能量下,光纤超声源能够产生0.95MPa的声压、16.3MHz的频率带宽。该膜层结合了碳纳米管的强光学吸收特性与涂覆聚合物的高热膨胀系数,既具有较高的超声产生效率,又具有较高的损伤阈值。(2)在超声波的光学探测上,以正交双频光纤激光器为敏感单元实现了超声波的高灵敏度检测。入射超声波引起光纤形变与折射率变化,进而引起输出激光拍频的频移。实验测得该传感器具有19.5MHz的探测带宽。(3)将上述具有超声激发与探测功能的光纤元件配合使用,构成了5mm宽度全光纤超声探头。通过对探头进行线性扫描,并对每个空间位置上进行超声回波信号的探测、信号处理和声散射体的重构,实现了对猪气管等样本的离体二维和三维成像。在成像结果中可分辨出气管外廓与管内分层结构。轴向和横向分辨率分别可为150μm和62μm。