利用光机屈曲穹顶微腔在热机械极限下进行超声传感
仪器与探测器
2022-09-07 v1 光学
摘要
我们描述了利用单片屈曲穹顶腔作为超声传感器的应用。在受压薄膜叠层中通过图形化分层产生具有高精细度的平凹光学谐振腔，其腔区密封且为空。该屈曲镜同时充当柔性膜，对外部压力变化高度敏感。由于其高效的光-声-机耦合，在低光探测功率下以及适中的光学（Q ~ 10^3）与机械（Q ~ 10^2）品质因数下即可实现热位移噪声极限灵敏度。我们预测并验证了宽带（高达 ~ 5 MHz）、空气耦合的超声探测，其噪声等效压力（NEP）低至 ~ 30-100 Pa/Hz^1/2。这对应于 ~ 2 x 10^-13 N/Hz^1/2 的超声力灵敏度，并能够探测在空气中传播距离达 ~ 20 cm 的 MHz 范围信号。在水中，在宽频率范围（高达 ~ 30 MHz）内展示了热噪声极限灵敏度，NEP 低至 ~ 100-800 Pa/Hz^1/2。这些腔体表现出近乎全向的响应，同时比同等尺寸的压电器件灵敏约 3-4 个数量级。它们易于实现为大型阵列，并天然适合通过自由空间光束或光纤直接耦合，相较于竞争的光学器件具有显著的实用优势，因此可能引起医学与工业超声成像中若干新兴应用的关注。
引用
@article{arxiv.2206.10328,
title = {Ultrasound sensing at thermomechanical limits with optomechanical buckled-dome microcavities},
author = {G. J. Hornig and K. G. Scheuer and E. B. Dew and R. Zemp and R. G. DeCorby},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.10328},
year = {2022}
}
备注
7 pages, 7 figures