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我校电子与电气工程系的邵理阳老师课题组受邀发表综述文章《Optofluidics in Microstructured Optical Fibers》

日期2018-06-01/

近日,我校电子与电气工程系的邵理阳老师课题组(信息光子与传感实验室)受到邀请,与香港理工大学电子系系主任谭华耀讲席教授课题组在Micromachines期刊上合作发表了一篇题目为《Optofluidics in Microstructured Optical Fibers》的综述,其中邵理阳老师作为这篇综述文章的第一作者,课题组的访问学生胡杰同学也承担了一部分工作,作为该综述的第三作者。

划重点

  1. 受邀请来撰写综述文章是国际同行对邵老师在光纤传感技术这一领域所做出的一系列成果的肯定。
  2. 这篇文章针对基于微结构光纤的微流控光学传感器专题,对近年来的大量原始研究论文进行了归纳总结、分析提炼。
  3. 这篇综述文章从收录至今两个月的时间里,截止到2018年5月27日已经被国内外同行下载了417次(其中在国外被下载了将近400次),开始产生一定的学术影响力。希望这篇文章能够对未来的微结构光纤的研究以及微流控光学的发展起到一定的借鉴与促进作用。

事件主角

邵理阳研究员,于2017年加入南方科技大学电子与电气工程系,现任南方科技大学长聘副教授/研究员、博士生导师,入选中组部“青年千人计划”、四川省千人计划。主要研究方向为新型光纤(传感)器件、分布式光纤传感系统、微波光子传感及测量等前沿科学和相关技术在轨道交通、周界安防、桥隧安全监测等领域的应用研究等。在本领域顶级/一流国际SCI期刊发表论文86篇,Google Scholar统计总引用2600余次,H-index为29,其中SCI他引1000余次;“微型光纤矢量倾斜仪”的工作被Nature Photonics(影响因子:29.278)作为研究亮点进行了特别报导;在Laser & Photonics Reviews发表邀请综述论文1篇(影响因子7.796);在国际会议上宣读(粘贴)报告论文40余篇,其中特邀报告5次;获批国家发明专利7项;长期担任本领域国际著名SCI期刊Opt. Lett., Opt. Express, J. Lightwave Technol., Photon. Technol. Lett., Sensors,Photonics Journal,Plasmonics 等在内的20余种期刊审稿人。

目前主持科技部国际合作专项、中组部千人计划科研基金、四川省千人计划科研基金、国家自然科学基金(面上项目)、省科技厅重大项目、深圳市政府科研启动项目等,科研项目经费达1400多万。

邵老师不仅在学术上做得好,更是学生心中的男神、人生导师,非常关心学生的学习和生活状态,在老师有空的时候也会邀请学生一起外出登山游玩,领略大自然的风采、增长见识,也经常在群里分享一些科学前沿和人生哲理,把我们当作自己的孩子一般培养,大家都受益匪浅。课题组内的访问学生胡杰同学也被邵老师的人格魅力所吸引,有意向继续跟随邵老师读博。

综述文章相关科普

微流控光学(optofluidics)是现代光学、光电子学与微流控技术相结合而形成的新型交叉前沿学科与技术。不同于20世纪60年代的射流技术(fluidics)以宏观机械控制为目标,微流控技术(microfluidics)意图实现微量化学或生物样品的合成与分析,而微流控光学技术则结合了微流体和波导的学科,使光与物质的相互作用以直接或间接的方式发生。

光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers, PCF)又被称为微结构光纤(Microstructured Optical Fibers, MOF) ,近年来引起广泛关注,它的横截面上有较复杂的折射率分布,通常含有不同排列形式的气孔,这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度,光波可以被限制在光纤芯区传播,而待检测的液体或气体又可以填充在这些贯穿整根光纤的气孔中流动。与微流控芯片相比,这种微结构光纤将液体流动的通道与光传输的路径集成到了一根柔软细长的光纤中,不需要再增加额外的波导。然后通过在微结构光纤两端连接单模光纤(Single Mode Fiber, SMF)的方式整合到与光源、光谱分析装置相连通的光路中去,在增加光与物质的相互作用的距离,提高灵敏度的同时,又可以将传感器件做到小型化。毕竟一根光纤也就和一根头发丝差不多粗细,而这根“头发”可以截取一两厘米,在一个位置作为点探测器;也可以做得长一些,沿着这条“头发”的路径做成分布式的探测器。

基于微结构光纤的微流控光学传感器的传感原理有由于折射率变化引起的光谱偏移,由于物质在特定光谱范围内发生特征吸收引起的光强变化,基于拉曼光谱的检测以及荧光效应等等。而且现在基于它的应用已经很多啦!比如折射率、流速、温度、应力应变这些物理参量的检测,一些选择性填充微结构光纤空气孔的折射率传感器的折射率灵敏度已经可以达到几万nm/RIU。比如化学反应,特殊物质以及pH值的监测,现在已经有能针对氨气、甲烷等气体的实时监测的实验报道,能够在几秒钟的响应时间内做到数百ppm的检测极限;甚至还有对外界电、磁场的检测的研究,上述传感技术都在平时工业生产、环境检测等方面至关重要。再比如生物医学方面,特定蛋白质、疾病标志物、DNA的检测……原本一些重大疾病的诊断需要花费大量的时间和金钱,若有一种成本相对低廉的微型探针进行快速的初步诊断无疑会大大提高医疗效率。从生物蛋白浓度到病毒标记物,基于微结构光纤的生物传感器具有很大的潜力。然而,目前的研究大多停留在实验室的理论模拟和初步实验阶段,距离成熟的实际应用和产品化还有很长的路要走。但仍有一些包括Lars Rindorf在内的科研学者已经在这一方面取得了很大的进步……

这篇综述论文回顾了近年来基于微结构光纤的微流控光学传感器的发展与主要应用,介绍了检测应用时微流体进入、流出微结构光纤的技术方案,以及微结构光纤与和光源、光谱分析系统相连接的普通光纤之间的耦合方式;归纳总结了基于微结构光纤的微流控光学传感器的传感原理,以及在物理参量检测、化学检测、生物质检测等方面应用;最后通过分析也指出了一些应用方面所遇到的问题以及可以发展的方向。

微流控光学是一个尚处于婴儿期的新兴领域,基于微结构光纤的微流控光学的有关理论研究刚刚起步,一些基本概念还在发展之中,许多技术问题仍有待解决,商业化应用目前也不多。尽管如此,微流控光学是一个充满挑战和希望的领域,微流控光学技术为现代光学系统的变革带来了新的机遇。希望这篇综述能够对未来的微结构光纤的研究以及微流控光学的发展起到一定的借鉴与促进作用。

 

综述文章地址链接:https://doi.org/10.3390/mi9040145

稿件来源:邵理阳课题组

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