高幅值、高频率和宽带宽超声信号可以显著提高超声的作用效果和分辨能力，在现代超声应用，如医学成像与治疗、无损检测中具有广阔的需求。针对上述应用需求，光声换能器展现出了传统电声换能器所不具备的巨大优势。与电声换能器依靠机械振动的工作原理不同，光声换能器利用吸收调制光产生的瞬态热胀冷缩，即光声效应向外辐射超声。随着激光技术与材料科学的发展，基于复合材料结构的新型高性能光声换能器正受到国际上的广泛关注。现有研究工作主要集中在高效率光声转换材料、微型化光纤集成器件以及典型生物医学应用等方向，而在制备方法和器件结构的创新方面则鲜有进展。具体地，对于广泛报道的聚焦型光声换能器而言，当前制备工艺复杂、控制困难、通用性低，且结构单一，焦距固定，极大制约了其实际应用。针对上述问题，本文引入MEMS加工技术来对光声换能器开展研究，特别是在制备工艺和器件结构方面，同时对其拓展应用进行了初步探索。论文主要内容和创新包括：
　　介绍了MEMS加工技术并调研和总结了光声换能器的研究现状。较系统地研究了光声转换过程的物理机制。从光声换能器经典分析理论出发，基于一维简化模型，推导了时域声压谐响应的一般近似表达式。基于数值求解和软件仿真分析了背衬材料、光吸收系数和激光脉冲宽度对光声信号的影响。
　　设计并实现了一种用于聚二甲基硅氧烷(PDMS)背衬定焦光声换能器的制备工艺。首次提出了一种简单有效且通用的制备光声透镜的新方法，通过将成熟的平面工艺与弹性体注塑成型工艺相结合，该方法成功实现了对光声换能器聚焦性能的简单控制，同时还具备对光声转换层厚度和均匀性的良好控制能力，从而解决了当前光声透镜制备所面临的关键技术挑战。其间，对整套工艺流程进行了详细的步骤说明，并分析了关键工艺的作用和特点。以烛灰作为吸光介质为例，制作了不同结构参数(9.0mm口径、6.3mm声焦距和12.0mm口径、8.0mm声焦距)的PDMS背衬定焦光声透镜样品(中心频率为5.3MHz，-6dB带宽为134%)。测试结果均显示出良好的声场聚焦特性和较高的光声转换效率~328.0?10-Pa/(W/m )，成功验证了制备方法的工作有效性和控制可靠性。
　　提出并制备了一种悬浮膜结构动态可调焦光声换能器。通过将MEMS气动调制结构与悬浮柔性光声转换薄膜相集成，首次实现可对输出声场进行动态连续调制的光声换能器，对应器件结构和实现功能在光声换能器领域还未见报道，且该设计能有效实现大负声压的输出，进一步有助于基于超声空化效应的实际应用。论文详细阐述了悬浮膜结构参数的优化设计过程，对制备样品进行了较为全面的声场扫描测试，测得聚焦模式下10.0mm口径器件(中心频率为3.75MHz，-6dB带宽为88%)的声焦距变化范围为6.0~8.5mm，充分证明了结构设计的实施可行性和性能优越性。同时，在声焦点处获得了负声压与正声压之比为1.5的准单级声信号，该比值是目前光声换能器所能实现的最大比值，有效解决了现有光声换能器难以产生较大负声压的技术难题。
　　设计并制作了一种基于光声换能器的全光脉冲激光能量探测器。作为光声换能器的一个新型可应用场景，提出了一种新颖的全光式脉冲激光能量探测器设计，制备了原型器件并进行了实验表征，测试结果成功验证了设计概念的工作有效性。在MEMS聚合物基工艺基础上，采用一体化封装设计，实现了一种集成式的脉冲激光能量探头；进一步通过结构整合，提出了一种直接利用复合光声转换层热膨胀来构建F-P腔传感单元的便携式脉冲激光能量探头设计，并完成了对应样机制备和实验可行性验证。