中大新聞網(wǎng)訊（通訊員林銳娜）近日，中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院（微電子學(xué)院）、廣東省光電信息處理芯片與系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李朝暉教授和沈樂(lè)成副教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)基于硫系微納加工平臺(tái)，成功研制出了包含15個(gè)微腔的超高靈敏度光學(xué)超聲傳感器陣列，并融合新型通信算法數(shù)字光頻梳技術(shù)，開(kāi)展基于硫系片上陣列器件結(jié)構(gòu)的并行信號(hào)解調(diào)及光聲計(jì)算成像相關(guān)研究。研究成果發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊Nature Communications上。
圖1 基于硫系微環(huán)傳感器陣列和數(shù)字光頻梳解調(diào)技術(shù)的光聲成像示意圖
該團(tuán)隊(duì)近年來(lái)一直致力于搭建面向硫系微納器件的制備平臺(tái)，并依此開(kāi)展多物理場(chǎng)的傳感與成像應(yīng)用研究。在算法研究方面，首次提出了基于先進(jìn)光信息處理算法的數(shù)字光頻梳技術(shù)在光譜并行解調(diào)中所具有的高效、大帶寬、超快以及多維解調(diào)的優(yōu)勢(shì)（Light: Science & Applications, 4(6), e300-e300 (2015) ）和結(jié)合微瓶諧振腔實(shí)現(xiàn)雙共振模式下超聲信號(hào)超快解調(diào)的原創(chuàng)方案（Photonics Research 8(3), 303-310 (2022)）；在技術(shù)創(chuàng)新方面研發(fā)了具有高調(diào)制效率的非懸浮硫系聲光調(diào)制器（Light: Science & Applications, 11(1), 1-11(2022)）；在成像與調(diào)制應(yīng)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(yú)的高速調(diào)控（Science Advances, 8(50): eadd9158 (2022)）。這些研究成果表明先進(jìn)光信息處理技術(shù)與新型硫系材料器件的結(jié)合在生物光子學(xué)領(lǐng)域超快光聲成像、生物醫(yī)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(tuán)隊(duì)研制出包含15個(gè)微腔的超高靈敏度光學(xué)超聲傳感器陣列，該微環(huán)傳感器陣列具有高靈敏度、大帶寬和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，其中單個(gè)微環(huán)傳感器具有175 MHz（-6 dB）的檢測(cè)帶寬和2.2?mPaHz?1/2的噪聲等效壓力，性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?；诳烧{(diào)的數(shù)字光頻梳技術(shù)，該研究團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了一套可與微環(huán)傳感器陣列相匹配的高性能并行信號(hào)檢測(cè)方案，對(duì)高速動(dòng)態(tài)粒子、靜態(tài)葉脈和活體斑馬魚(yú)等展示了光聲計(jì)算成像結(jié)果。
圖2 微環(huán)傳感器陣列實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖像
相關(guān)工作以“Parallel interrogation of the chalcogenide-based micro-ring sensor array for photoacoustic tomography”為題發(fā)表于Nature Communications。中山大學(xué)博士后潘競(jìng)順（現(xiàn)為華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院的特聘副研究員）、博士研究生李強(qiáng)為共同第一作者，沈樂(lè)成副教授和李朝暉教授為共同通訊作者，中山大學(xué)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(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）的合作者馮耀明工程師和隋琪工程師也對(duì)該論文做出了重要貢獻(xiàn)。該研究工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）的資助。
