Real-time ultrasound sensing with a mode-optimized photonic crystal slab.

厚板 光子晶体光纤 光电子学 折射率 时域有限差分法 超声波
作者
Eric Y. Zhu,Maria Charles-Herrera,Cory Rewcastle,Raanan Gad,Li Qian,Ofer Levi
出处
期刊:Optics Letters [Optica Publishing Group]
卷期号:46 (14): 3372-3375 被引量:1
标识
DOI:10.1364/ol.430431
摘要

Integrated photonic sensors can provide large scale, flexible detection schemes. Photonic crystal slabs (PCSs) offer a miniaturized platform for wideband, sensitive ultrasound detection by exploiting the photoelastic effect in water. However, poor modal overlap with the sensing medium and non-negligible absorption loss of the aqueous medium have previously limited PCS sensor performance. In this study, we detail the development and optimization of a PCS-based acoustic sensor by adding to it a low-loss high-index polymer cladding layer. Exploiting a mode-optimized TM-like optical resonance present in a PCS, with high bulk index sensitivity (>600nm/RIU) and quality factor Q (>8000), we demonstrate real-time ultrasound sensing at a noise equivalent pressure of 170 Pa (1.9Pa/Hz). The PCS sensor is backside-coupled to an optical fiber, which, along with its intensity-based ultrasound-sensing architecture, will allow us to scale up easily to a 2D array. This work paves the way to a sensitive compact ultrasound detector for photoacoustic-based diagnostics and monitoring of tissue.
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