中大新聞網訊（通訊員林銳娜）近日，中山大學電子與信息工程學院（微電子學院）、廣東省光電信息處理芯片與系統重點實驗室李朝暉教授和沈樂成副教授率領的研究團隊基于硫系微納加工平臺，成功研制出了包含15個微腔的超高靈敏度光學超聲傳感器陣列，并融合新型通信算法數字光頻梳技術，開展基于硫系片上陣列器件結構的并行信號解調及光聲計算成像相關研究。研究成果發表在光學領域國際知名期刊Nature Communications上。
圖1 基于硫系微環傳感器陣列和數字光頻梳解調技術的光聲成像示意圖
該團隊近年來一直致力于搭建面向硫系微納器件的制備平臺，并依此開展多物理場的傳感與成像應用研究。在算法研究方面，首次提出了基于先進光信息處理算法的數字光頻梳技術在光譜并行解調中所具有的高效、大帶寬、超快以及多維解調的優勢（Light: Science & Applications, 4(6), e300-e300 (2015) ）和結合微瓶諧振腔實現雙共振模式下超聲信號超快解調的原創方案（Photonics Research 8(3), 303-310 (2022)）；在技術創新方面研發了具有高調制效率的非懸浮硫系聲光調制器（Light: Science & Applications, 11(1), 1-11(2022)）；在成像與調制應用方面展示了面向生物組織的高通量全息成像（Nature Communications 12, 4712 (2021)）和面向活體成年斑馬魚的高速調控（Science Advances, 8(50): eadd9158 (2022)）。這些研究成果表明先進光信息處理技術與新型硫系材料器件的結合在生物光子學領域超快光聲成像、生物醫療傳感等方面具有巨大的潛力和前景。
基于上述積累，研究團隊研制出包含15個微腔的超高靈敏度光學超聲傳感器陣列，該微環傳感器陣列具有高靈敏度、大帶寬和小尺寸等優點，其中單個微環傳感器具有175 MHz（-6 dB）的檢測帶寬和2.2?mPaHz?1/2的噪聲等效壓力，性能指標達到國際領先水平。基于可調的數字光頻梳技術，該研究團隊還研發了一套可與微環傳感器陣列相匹配的高性能并行信號檢測方案，對高速動態粒子、靜態葉脈和活體斑馬魚等展示了光聲計算成像結果。
圖2 微環傳感器陣列實驗結構圖像
相關工作以“Parallel interrogation of the chalcogenide-based micro-ring sensor array for photoacoustic tomography”為題發表于Nature Communications。中山大學博士后潘競順（現為華南師范大學信息光電子科技學院的特聘副研究員）、博士研究生李強為共同第一作者，沈樂成副教授和李朝暉教授為共同通訊作者，中山大學的其他合作者包括博士研究生鐘銳峰，工程師傅志豪、楊水仙、孫偉元，以及張斌教授和陳軍教授。南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）的合作者馮耀明工程師和隋琪工程師也對該論文做出了重要貢獻。該研究工作得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）的資助。
