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        微結構光纖制備與新型器件研究成果展示

        發布時間:2021-01-22瀏覽次數:10

        微結構光纖制備與新型器件研究成果展示

        在國家自然科學基金委重項目(61535004)的資助下,哈爾濱工程大學物理與光電工程學院苑立波教授團隊和香港理工大學靳偉教授團隊合作,共同完成了“新型微結構光纖與器件集成研究”項目的研究。該項目旨在發展多光學通道、光學通道與物質通道復合集成的新型光纖;發展光與物質相互作用的多功能微型化、集成化新器件;發展能實現高精度檢測的新方法,拓展光纖信息獲取與感測新原理。解決新型微結構光纖及器件集成關鍵技術問題,為上述國家重大需求提供技術儲備和關鍵技術支撐。

        在項目期間,兩個團隊圍繞新型微結構光纖及其集成器件展開研究,取得了豐碩科研成果。

        成果1:纖端光操縱: 光鑷·光手·光槍

        1986年光鑷技術被發現以來, 光的力學效應的研究與應用成為了光學研究中的一個重要分支。不同于傳統的顯微鏡構造的光鑷平臺, 基于環形芯光纖的光鑷為更多維的粒子操縱提供了方便, 并能使得顯微系統與操縱系統分開來。光鑷能實現對粒子的捕獲, 但如果要進一步地對粒子的姿態進行操縱, 就需要基于多芯光纖的光學微光手, 而如果想要將捕獲粒子發射出去, 就需要基于同軸雙波導光纖的光槍。

        哈爾濱工程大學物理與光電工程學院苑立波教授團隊在纖端光學微小粒子操縱領域取得重要進展,發展了基于微結構特種光纖和多芯光纖的多功能粒子操縱工具,實現了光鑷、光手、光槍等功能。其最新成果“Fiber-Based Optical Gun for Particle Shooting”ACS photonics上發表。并在CHINESE OPTICS LETTERS期刊受邀發表綜述 “Optical-fiber-based powerful tools for living cell manipulation”,該文章詳細闡述了團隊圍繞基于光纖的細胞操縱方法取得的一系列進展。

         

        1 a)宏觀功能和(b)微觀光手功能對比,(c)光槍用于微粒發射

        成果2:超精密氣體檢測方法

        痕量氣體探測在環境、醫療、安防等領域具有重要應用?;诠饫w的氣體探測能夠實現小型化、多點復用、組網及遠程監測,是近年來光纖傳感的前沿研究領域。然而,傳統的吸收型光纖氣體傳感器由于光與物質作用效率不高,背景及模式噪聲大,其傳感靈敏度很難突破1ppm,動態范圍一般限制在3個數量級左右。

        香港理工大學深圳研究院靳偉教授團隊研究了基于光熱效應的器件集成,探索了高靈敏度光纖痕量物質探測方法。針對微結構光纖中多種物質的光吸收伴生熱效應及其帶來的熱光調制特性,開展了基于此過程的高性能、多功能的新型光纖器件集成關鍵技術的研究。其最新研究成果Mode-phase-difference photothermal spectroscopy for gas detection with an anti-resonant hollow-core optical fiberNature Communications(《自然·通訊》)在線發表。該成果報道了使用雙模反共振中空光纖的模式相位差光熱光譜,并在3小時的時間內演示了全光纖氣體(乙炔)的檢測下降到ppt(萬億分之一) <1%的不穩定性。并且可以設計一種反共振的空心芯光纖來傳輸從可見光到紅外的寬波長范圍內的光信號,覆蓋許多重要氣體的分子吸收線。該成果將使單傳感元件實現多組分氣體檢測,并為醫療、環境和工業應用的超精密氣體檢測奠定了基礎。

         

        2 模式相位差光熱光譜氣體傳感原理

         

        3 模式相位差光熱光譜氣體傳感實驗系統

         


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