高靈敏度、小型化的超聲探測(cè)器在諸多方面發(fā)揮著重要應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)診斷、光聲成像、無(wú)損檢測(cè)等。目前，商用的超聲波探測(cè)器主要采用壓電換能器，但為了實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度，往往需要較大的尺寸，其傳感器的典型尺寸一般為毫米到厘米。近些年來(lái)，隨著微納光電技術(shù)的發(fā)展，在硅芯片上微加工制備得到的光學(xué)超聲波探測(cè)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度和空間分辨率。其中，微腔光力系統(tǒng)由于其高靈敏度、寬帶寬、低功耗和易于集成等優(yōu)越特性，引起越來(lái)越多的關(guān)注。由于微腔光力系統(tǒng)中的較強(qiáng)光力相互作用，微腔的機(jī)械位移可以通過(guò)光學(xué)共振信號(hào)來(lái)敏感讀出。由于機(jī)械共振增強(qiáng)了響應(yīng)，且光學(xué)共振可增強(qiáng)讀出靈敏度，因此微腔光力系統(tǒng)已被證實(shí)是位移、質(zhì)量、力、加速度、磁場(chǎng)和聲波等物理量的高靈敏探測(cè)理想平臺(tái)。 ,h"-  
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前期工作中，研究人員已在各種體系的光學(xué)微腔中實(shí)現(xiàn)超聲波/聲波的探測(cè)，例如二氧化硅微腔、聚合物微腔、硅微腔等。多數(shù)超聲波探測(cè)是在液體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的。而在空氣環(huán)境中，由于超聲波吸收損耗大，且聲源/空氣界面處的阻抗失配大，高靈敏度的超聲波探測(cè)依然頗具挑戰(zhàn)。前期工作中，空氣耦合的超聲波探測(cè)只在1 MHz以下頻段實(shí)現(xiàn)�？諝怦詈系某�聲波探測(cè)在一些特定場(chǎng)景中具有重要應(yīng)用，例如氣體光聲光譜和非接觸式超聲醫(yī)學(xué)成像等。 4_Dp+
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為了提高空氣耦合的超聲波探測(cè)靈敏度，并拓展探測(cè)頻率范圍，近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心研究人員使用微芯圓環(huán)腔演示了在MHz頻率范圍內(nèi)的空氣耦合高靈敏度超聲波探測(cè)。 g&/T*L  
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在該工作中，研究人員通過(guò)光刻、氫氟酸腐蝕、氟化氙刻蝕、二氧化碳激光回流的微加工工藝，制備了帶有較細(xì)的硅基座的微芯圓環(huán)腔，從而減少來(lái)自襯底的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的約束，獲得了在2.56 MHz的一階拍動(dòng)模式下約700的高機(jī)械品質(zhì)因子，同時(shí)光學(xué)品質(zhì)因子達(dá)到10⁷以上。憑借較高的光學(xué)和機(jī)械品質(zhì)因子，以及與超聲波具有較大空間重疊的2.56 MHz的一階拍動(dòng)模式，他們?cè)跈C(jī)械模式附近0.6 MHz的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了僅受熱噪聲限制的靈敏度，在0.25-3.2 MHz的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了46 μPa/Hz^1/2-10 mPa/Hz^1/2的靈敏度。此外，他們?cè)跈C(jī)械共振頻率下利用超聲波驅(qū)動(dòng)傳感器時(shí)觀察到了二階和三階機(jī)械邊帶，通過(guò)測(cè)量不同超聲波壓強(qiáng)(P)下的信噪比(SNR)，發(fā)現(xiàn)一階、二階和三階機(jī)械邊帶的分別與P、P²和P³大致成正比，三個(gè)機(jī)械邊帶上的測(cè)量強(qiáng)度與理論結(jié)果一致。這種非線性轉(zhuǎn)換提供了一種擴(kuò)展位移傳感動(dòng)態(tài)范圍的方法。 >pUtwIP  
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