Optical imaging has been recognized as an essential imaging technique for biomedical research because it provides high-resolution(~1um) images and abundant biochemical information. However, the imaging depth of optical techniques is typically shallow(<1 mm) due to the strong scattering properties of biological tissues. Utilizing the ultrasound-light interaction is an effective way to overcome this optical depth limit caused by scattering. Ultrasound can penetrate biological tissues up to several centimeters without distortion and can modulate the frequency of light. To date, the ultrasonic coupled optical microscopy has been implemented by observing the 1st order modulated light waves of which frequency is exactly modulated by the ultrasonic frequency. However, the measurement efficiency of 1st order detection method is significantly low and the imaging resolution is determined by the size of the ultrasound itself. In this study, a new ultrasonic modulated light measurement method, differential detection method is proposed and the operating principle of the differential acoustic light measurement method is explained based on the Raman-Nath theory. In addition, we directly visualized a focused ultrasound by combining acousto-optic detection and imaging techniques, so that it was experimentally demonstrated that differential detection is feasible and quantitative analysis of the performance of the conventional 1st order detection and differential detection was performed.
광학 이미징은 1μm이하 수준의 고해상도 이미지와 풍부한 생화학적 정보를 제공하여 의·생명 연구에 필수적인 이미징 기법으로 인식되고 있다. 이러한 장점에 비해, 광학 이미징의 관측 가능 깊이는 생체 조직의 강한 산란 특성으로 인해 1mm이하로 제한되는 치명적인 단점을 가지고 있다. 초음파-광 상호작용은 이러한 생체 광학 관측 깊이 한계를 극복하는데 효과적으로 활용될 수 있다. 초음파는 생체 조직을 수 cm 깊이까지 왜곡 없이 투과할 수 있으며, 빛의 주파수를 변조시킬 수 있기 때문이다. 현재까지의 초음파 결합 광학 현미경 기술은 초음파-광 상호작용을 측정하기 위해 초음파 주파수만큼 빛이 변조된 1차 음향광 성분을 관측하는 방식으로 구현되었다. 그러나 이러한 1차 음향광 측정 방식은 낮은 측정 효율 문제, 해상도가 초음파 자체의 크기로 결정되는 문제가 있다. 본 연구에서는 새로운 초음파 변조광 측정방법인 차동 음향 광 측정 개념을 제안하고, 차동 음향 광 측정 기법의 작동원리를 라만 나스 이론을 기반으로 설명하였다. 더 나아가 음향광 관측과 이미징 기법을 결합하여 초음파를 직접 시각화함으로써 차동 음향광 검출이 가능함을 실험적으로 검증하였고, 기존 1차 음향광 측정과의 정량적 성능 비교를 수행하였다.
