light: science & applications | 中科院物理研究所与北大研发集成光机械超声传感器

中国科学家研发出超灵敏超声传感器 灵敏度提升三个数量级

2026年3月16日，中国科学院物理研究所与北京大学联合团队在《Light: Science & Applications》期刊上发表突破性研究成果，成功研发出集成光机械超声传感器。该传感器通过将高Q值微环谐振器嵌入悬空薄膜，首次在集成光子平台上同时利用光学共振与机械共振的协同效应，实现了前所未有的超高灵敏度。

在性能表现上，该传感器在空气中达到218 nPa·Hz⁻¹⁄²、在水中达到9.6 nPa·Hz⁻¹²的噪声等效压力（NEP），这一数据比传统压电换能器和光纤微腔方案高出两到三个数量级，将芯片级超声探测的极限推至nano-Pascal量级。

研究团队在光声气体光谱和水下超声成像两个极具挑战性的场景中验证了该传感器的能力。实验显示，该传感器可检测浓度低至2.9 ppm的乙炔气体，并能在0.3 mPa的微弱超声压力下清晰完成水下成像，相比商用针式水听器所需的0.7 Pa压力，优势显著。

由于采用CMOS兼容工艺，这项技术具备规模化量产潜力，有望在医疗成像、水下探测、工业检测和气体传感等领域发挥重要作用，特别是在需要探测微弱信号的颅脑成像、长距离水下探测等场景中展现出独特价值。