光纤中光热诱导声振动的高时空分辨率光声传感

       近年来，用于检测周围介质的基于光的传感器在环境保护、生物和食品安全以及气候和海底监测中的应用引起了人们越来越大的兴趣。典型的传感策略包括测量吸收光、散射光和荧光，以及光强、偏振和波长的变化。微米或纳米级体积中的光子-声子相互作用，例如微腔、小芯光纤和纳米结构材料中的光子-声子相互作用，赋予了操纵光和声音的新策略。这为光学控制小腔或薄波导的运动以及制造新器件以实现下一代微波/射频光子学、数据存储和光通信开辟了新的途径。这种相互作用还能使传感器进入一个新的维度，即检测周围介质或附着颗粒的密度、弹性或质量。光纤是研究和处理光子-声子相互作用的补充介质。光声振动，也称为类拉曼振荡器或前向受激布里渊散射(F-SBS)，可以通过相位测量通过额外的共传播探测光进行光学激励和检测。光声振动可用于通过使用芯内灯对声脉冲序列进行频谱分析来检测周围的阻抗。最近，通过控制光纤中的光声相互作用，实现了空间分辨光声传感。光纤中的光声振动使得空间分辨传感成为可能，但是微弱的电致伸缩力阻碍了它们的应用。

       近日，来自中国广州暨南大学光子技术研究所、广东省光纤传感与通信重点实验室的Yizhi Liang等人引入光热诱导声振动(PTAVs)来实现高性能的光纤光声传感。利用聚焦脉冲激光进行光热驱动的具有宽范围轴向波数的强声振动。局部横向共振频率和损耗系数可以通过光谱分析由芯内声学传感器光学测量。空间分辨传感进一步通过机械扫描激光点来实现。实验结果表明，在大约10微米的空间分辨率和50赫兹的帧速率下，声阻抗传感器可用于解析周围流体的声阻抗。因此，基于PTAV的光声传感可以以更高的时空分辨率提供微流体中扩散动力学的无标记可视化。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

      文章链接：Yizhi Liang et al. High spatiotemporal resolution optoacoustic sensing with photothermally induced acoustic vibrations in optical fibres. Nature Communications        (2021) 12:4139 https://doi.org/10.1038/s41467-021-24398-w