超声波探测器使用高频声波对物体成像并测量距离，但是这些读数的分辨率受到探测元件物理尺寸的限制。点状宽带超声检测可以极大地提高超声检查和光声（光声）成像的分辨率，但是当前的超声探测器（例如用于医学成像的超声探测器）还无法充分小型化。

压电换能器会随着尺寸减小而使灵敏度以2次方降低，光学微环谐振器和法布里-珀罗(Fabry-Perot)标准具无法将光充分限制在小于50微米的范围内。微机械加工方法已经用于产生电容和压电换能器的阵列，但是其带宽仅为几兆赫兹，尺寸超过70微米。

使用光学方法进行超声波检测比压电检测具有本质上的微型化优势，可以在不牺牲灵敏度的情况下将检测器小型化。一个常见的例子是光学干涉仪，它使用嵌入光纤波导中的π位移布拉格光栅标准具。在这种配置中，超声波会扰动两个布拉格光栅之间建立的光学腔的长度和折射率，从而改变其共振特性。

问题在于，较大的感测长度（–μm）和较窄的带宽（10–30MHz）不允许进行点状检测，从而限制了分辨率和小型化潜力。其他谐振器设计包括聚合物微或法布里-珀罗(Fabry-Perot)标准具也无法将光充分限制在小于50微米的范围内，从而限制了进一步的小型化。

有鉴于此，德国慕尼黑工业大学VasilisNtziachristos和RamiShnaiderman等人引入绝缘体上硅技术（silicon-on-insulator），开发了一种小型化的超声波探测器，它的感应面积可小到nmXnm。

图1.SWED设计与工作原理

基于半导体行业广泛使用的高通量制造技术，研究团队设计了一个点状硅波导标准具检测器（SWED），尺寸为nm×nm，比最小的聚合物微环检测器小4个数量级，比细胞和毛细血管的直径小4个数量级。

研究表明，基于绝缘体上硅的光学谐振器设计提供了比微环谐振器高0倍、比压电探测器好,,倍的单位面积灵敏度。该设计还可以实现超宽的检测带宽，在6分贝时可达到兆赫。

图2.SWED表征

图3.成像功能

除了使探测器适合在非常密集的阵列中制造外，研究人员还表明亚微米传感区域能够实现超分辨率的探测和成像性能。还展示了比超声波检测波长小50倍的特征成像。

总之，这项研究表明探测器能够实现超声波读数的超小型化，使超声成像的分辨率与光学显微镜相当，并有可能在硅芯片上开发出非常密集的超声阵列。

参考文献：

RamiShnaidermanetal.Asubmicrometresilicon-on-insulatorresonatorforultrasounddetection.Nature,,–.

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