基于片上微腔的高灵敏度空气耦合兆赫兹频率超声检测
光学
2022-06-14 v2 应用物理
摘要
由于其双共振增强灵敏度，腔光力学系统为超声传感提供了理想平台。在本工作中，我们基于回音壁模式微腔实现了从千赫兹（kHz）到兆赫兹（MHz）频率范围的高灵敏度空气耦合超声传感。使用直径为 57 um、高光学 Q 因子（~10^7）和高机械 Q 因子（~700）的微环形腔，我们在 0.25–3.2 MHz 频率范围内实现了 46 uPa Hz^{-1/2}–10 mPa Hz^{-1/2} 的灵敏度。在 2.56 MHz 的机械共振附近、0.6 MHz 频率范围内实现了热噪声极限灵敏度。我们还观察到二阶和三阶机械边带，并定量研究了各机械边带强度随机械位移的变化关系。测量所有边带信噪比的组合有望扩展超声传感的动态范围。此外，为提高 kHz 频率范围内的超声灵敏度，我们使用直径为 200 um 的微盘，在 30 kHz–1.65 MHz 范围内实现了 1.83 uPa Hz^{-1/2}–10.4 mPa Hz^{-1/2} 的灵敏度。
引用
@article{arxiv.2203.04805,
title = {High sensitivity air-coupled MHz frequency ultrasound detection using on-chip microcavities},
author = {Hao Yang and Zhi-Gang Hu and Yuechen Lei and Xuening Cao and Min Wang and Jialve Sun and Changhui Li and Zhanchun Zuo and Xiulai Xu and Bei-Bei Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.04805},
year = {2022}
}