北京大学未来技术学院李长辉团队实现光学回音壁微腔探针的高性能超声探测与光声成像

编者按

2023年10月13日，北京大学未来技术学院李长辉团队于《Photonics Research》在线发表了题为“Whispering-gallery optical microprobe for photoacoustic imaging”的文章（原文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.495267），该研究首次实现了回音壁光学微腔探针超声传感技术，获得了极高的超声探测灵敏度和带宽，并对毫米尺度活体斑马鱼进行了高分辨光声显微成像。

回音壁光学微腔通过局域光场共振极大地增强了光与声波的相互作用，是制备最灵敏微型超声传感器的技术之一。然而，传统的回音壁光学微腔超声探测器是基于片上制备方法，虽然微腔本身在几十微米尺度，但整体探头尺寸到了厘米级，这严重限制其在显微成像上的应用。李长辉团队创造性的开发了单分散微球腔的精密转移与耦合技术，以及光纤拉锥折叠技术，并采用独有的封装工艺获得了高稳定的微腔探针超声探测器，其结构如图1所示。和其他基于片上微腔超声探测相比，该工作研发的探针直径在100微米以内。探针使用了直径30微米的聚苯乙烯微球腔，其封装后品质因子高达10⁶，超声探测的等效噪声压强低至4.8 Pa，可探测频率高达150 MHz，同时探测角度可达180度。利用此微腔探针，团队探索了光声信号随距离的衰减曲线，并进行了毫米尺度的活体斑马鱼光声显微成像，清晰的展现了斑马鱼体内的血管分布情况，如图2所示。

上述成果为超高性能的微腔探针超声探测技术开辟了新思路，由于其集合了小尺度、高灵敏和大带宽，在光声/超声的显微成像和内窥成像以及近场成像中都具有巨大的应用潜力。

文章相关信息

北京大学未来技术学院18级博士生孙伽略为论文第一作者，北京大学未来技术学院李长辉副教授为本文的通讯作者，北京大学物理学院副研究员唐水晶和北京大学物理学院19级博士生孟家伟参与了该研究。北京大学未来技术学院熊敬维课题组为本研究提供了斑马鱼样品。该研究得到了国家自然科学基金委项目和国家重点研发项目的资助。

来源：北京大学未来技术学院

转自：“北大科研”微信公众号

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