光声传感技术有机结合了光学激发和声学探测两种物理手段,通过探测色素物质吸收短脉冲激光后,因瞬时热弹性效应产生的光声波实现组织光学吸收特性的特异性观测。传统的光声传感通常采用压电型超声换能器对光声信号进行探测,但受制于压电材料的自身物理特性,这类换能器的带宽有限,往往限制在几十兆赫兹。在生物样品中存在尺寸和形态各异的众多光学吸收体（如亚微米级的细胞核、微米级毛细血管、以及百微米级主血管等）,它们受激所产生的光声波的频率成分从近直流一直覆盖到上百兆赫兹。显然,传统的超声换能器无法准确测量这些宽带光声信号,从而使传统的光声传感技术难以获得与声谱特征密切相关的生理病理信息。为了解决上述问题,本文提出了具有超大带宽光声检测能力的表面等离激元共振（SPR）声谱传感技术。借助于SPR场局域性高、传播距离短、响应时间快的特点,利用高数值孔径TIRF物镜引导激光激发局域表面等离激发激元,本工作实现了高达220MHz的光声响应带宽。本文的工作主要包括以下几部分。第一,从理论上阐释了SPR对声信号的响应原理。我们使用Matlab软件和时域有限差分方法进行建模,模拟计算了入射光偏振度、入射光束角度、以及金属膜材质和厚度对SPR场的影响。理论结果表明:仅有p偏振入射光能够激发SPR;且当入射光角度为71.1°,金膜厚度为45nm时,SPR对折射率的变化最为敏感。据此,我们利用大角度TIRF物镜（数值孔径为1.49）传输SPR的激发光束,既使入射光束达到近似的单一角度,又减小了SPR探测点的尺寸,有利于频率响应带宽的提升。第二,研发完成了宽带SPR传感器。以上述理论为指导,我们建立了透镜和TIRF物镜的组合光路系统,通过精确调控两者的相对距离、以及透镜焦点在TIRF物镜后焦面的横向位置,使激发SPR的激光光束接近于单一的、最佳入射角度,同时有效缩小了SPR探测点的尺寸。此外,我们引入偏振差分光学检测方法,记录p偏振和s偏振的反射光束的强度差,克服共模噪音,提高声压探测灵敏度。该系统实现了219.8 MHz的超大探测带宽,噪音等效声压探测灵敏度达到3.5k Pa。第三,开展了光声谱解析研究。样品的光声谱特征与其尺寸等因素密切相关。我们利用超大探测带宽的SPR光声传感系统,测试了多种不同厚度的仿体。结果表明,光声频谱信息（中心频率和带宽）能够准确反映样品的厚度。此外,本工作也获得了黑胶带仿体的光声图像。这些结果意味着,宽带SPR光声传感技术的声学频谱解析能力有望为生物医学研究提供新的技术支持。