基于光纤的微型光声换能器能在有限空间的应用场景下更好地发挥作用,如体内介入式治疗与成像,因此得到了研究者的广泛关注。虽然微型光声换能器的发声面积较小,但得益于近年来高效光声材料的研究进展,也能发出振幅较大的宽谱高频信号以满足医疗应用。再考虑到其全光的构造给它带来的抗电磁干扰的优点,微型光声换能器有望实现超声诊断与诸如核磁共振、计算机断层扫描等检测技术的协同作业。目前的微型光声传感器大多以光纤作为光的传递媒介,并以光纤端面作为发声结构的基底。此方法虽然减小了器件的体积,但面临着器件声学性能固定,缺乏调整灵活性的问题;并且目前还未实现与电声换能器类似的集超声发射与接收为一体的功能,缺乏原位声场探测能力,增加了后续应用系统的复杂度以及信号处理难度。基于这两大痛点,本文开展了功能化微型光声换能器方面的研究,对包括器件结构设计、性能仿真验证及工艺制备与实验测试在内的一整套技术开发流程进行了较系统地探索。主要内容与创新点包括:以器件结构为分类标准,梳理了平面型、聚焦型和光纤型三类光声换能器的技术发展现状,并对当前光声研究领域在集成声发射和声接收方面的研究探索情况及依旧存在的问题进行了介绍和分析。从光声转换机理、边缘固支圆膜变形与振动理论以及基于法布里-珀罗干涉的声压传感原理着手,辅以COMSOL和MATLAB等分析软件,对后续器件结构设计进行了研究。基于有限元软件仿真,研究了微型光声换能器由气动变形产生的非球面光声膜的发声原理与声场聚焦情况。提出并设计实现了一种基于多模光纤的微型可调焦光声探头。基于多物理场有限元仿真,分析探索了限制器件声场调焦性能的内在决定因素。结合成熟的平面光声膜制备工艺与软光刻工艺在光纤顶端成功集成了气压驱动的柔性光声复合薄膜,首次实现了具有4 mm直径且焦距连续可调的探针式微型光声换能器。测试结果表明,所制备的原型器件声焦距可调范围为～2 mm到正无穷,并且在13.26 m J/cm~2激励光激发下在焦点的峰值负压幅值最高可达8.91 MPa,其对应的机械指数为2.97,可以满足临床介入式超声治疗（如超声溶栓）的潜在应用需求。基于光学法布里-珀罗干涉腔和光声换能结构相融合的设计策略,探索了超声发射和接收功能集成一体化的微型全光光声探头。采用双包层光纤耦合器,将满足光声激发的高功率多模脉冲激励光与满足变形探测的单模连续信号光通过同一根光纤进行传输,并分别作用于光声转换层与法布里-珀罗干涉腔结构上,实现声发射与声接收在光纤端面处的集成,从而具备原位声场探测能力。尝试开发了两条工艺实施路线,对相应的原型器件性能进行了详细表征和分析,初步实现了收发一体式工作模式下的信号获取。此功能的实现将极大精简探头处的系统构成复杂度,有助于更好地提升光声探测系统的集成度和稳定性。