优化包层弹性以提高硅光子超声传感器的灵敏度
光学
2024-10-30 v1 应用物理
摘要
超声波在医学成像中广泛应用，新兴的光声成像对于疾病诊断至关重要。目前，高端光声成像系统依赖 piezoelectric 材料检测超声波，这些材料具有灵敏度、噪声和带宽限制。高级应用需要大量带宽、高分辨率且可扩展的超声传感器。硅光子电路已被引入通过检测硅波导中由超声波引起的变形和应力来满足这些要求。尽管更高的灵敏度可促进新应用的探索，但波导材料的高刚性限制了硅光子电路对超声信号的本征灵敏度。本文探讨了聚合物包层的机械性能对硅光子超声传感器灵敏度的影响。我们的模型和实验结果表明，优化聚合物包层的刚度可提高共振波长灵敏度。实验结果表明，与无包层聚合物的传感器相比，灵敏度提高了四倍；与采用饱和交联密度包层的传感器相比，灵敏度提高了两倍。有趣的是，与实验和光声模型比较表明，仅凭亥姆斯底模量的变化无法完全解释灵敏度的提升。总之，包层硅光子超声传感器在先进的光声成像应用中表现出潜力。它为在使用CMOS兼容工艺提高硅光子超声传感器的超声检测灵敏度提供了前景。这为将包层硅光子超声传感器与电子集成以在先进医学成像应用中使用这些传感器铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2410.18642,
title = {Optimizing Cladding Elasticity to Enhance Sensitivity in Silicon Photonic Ultrasound Sensors},
author = {R. Tufan Erdogan and Georgy A. Filonenko and Stephen J. Picken and Peter G. Steeneken and Wouter J. Westerveld},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.18642},
year = {2024}
}