集成光声力学超声传感器，实现皮ascal 级灵敏度
光学
2025-06-26 v1 仪器与探测器
摘要
超声传感器广泛用于水下和生物环境中的物体检测和定位。其工作范围和空间分辨率本质上受传感器灵敏度的限制，而传统压电式传感器已被先进的光子传感器所超越。本文演示了一种集成到光子平台中的光声力学超声传感器，其由嵌入高 Q 值 Si3N4 环形共振器的悬挂 SiO2 膜构成。通过利用光学和机械共振的同步作用，该传感器在空气中 289 kHz 处实现记录低噪声等效压力 (NEP) 为 218 nPa/Hz^1/2，在水中 52 kHz 处实现 9.6 nPa/Hz^1/2。我们通过光声气体光谱演示了其多功能性，在空气中实现 2.9 ppm (积分时间 1 s) 的最低可检测乙炔浓度，在水下实现 1.89 mm 的成像分辨率。我们的工作代表了紧凑型、兼容 CMOS 技术的超声感测的重大进展，为生物医学成像、环境监测、工业测试和水下通信开辟了新的可能性。
引用
@article{arxiv.2506.20219,
title = {Integrated optomechanical ultrasonic sensors with nano-Pascal-level sensitivity},
author = {Xuening Cao and Hao Yang and Min Wang and Zhi-Gang Hu and Zu-Lei Wu and Yuanlei Wang and Jian-Fei Liu and Xin Zhou and Jincheng Li and Chenghao Lao and Qi-Fan Yang and Bei-Bei Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.20219},
year = {2025}
}