光遗传学融合了光学、遗传学与基因工程，以其高时空分辨率和细胞类型特异性两大独特优势克服了传统手段控制神经元活动的许多缺点，为神经领域提供了革命性的研究手段。光遗传技术的发展取决于功能化神经探针的开发。集成了光电多功能模块的多功能光纤探针具有体积小、生物相容性高等优势，可广泛应用于光遗传学中，成为该领域当下研究热点。首先，介绍了光遗传学用神经探针需具备的基本功能，神经探针的分类及集成式神经探针的制备工艺，其次，对应用于光遗传学的多功能光纤探针的国内外研究现状进行了综述，最后，讨论了光遗传学用多功能光纤目前存在的问题及可能的解决方案。

Remote or standoff detection of greenhouse gases, air pollutants, and biological agents with innovative ultrafast laser technology attracts growing interests in recent years. Hybrid femtosecond/picosecond coherent Raman spectroscopy is considered as one of the most versatile techniques due to its great advantages in terms of detection sensitivity and chemical specificity. However, the simultaneous requirement for the femtosecond pump and the picosecond probe increases the complexity of optical system. Herein, we demonstrate that air lasing naturally created inside a filament can serve as an ideal light source to probe Raman coherence excited by the femtosecond pump, producing coherent Raman signal with molecular vibrational signatures. The combination of pulse self-compression effect and air lasing action during filamentation improves Raman excitation efficiency and greatly simplifies the experimental setup. The air-lasing-assisted Raman spectroscopy was applied to quantitatively detect greenhouse gases mixed in air, and it was found that the minimum detectable concentrations of CO₂ and SF₆ can reach 0.1% and 0.03%, respectively. The ingenious designs, especially the optimization of pump-seed delay and the choice of perpendicular polarization, ensure a high detection sensitivity and signal stability. Moreover, it is demonstrated that this method can be used for simultaneously measuring CO₂ and SF₆ gases and distinguishing ¹²CO₂ and ¹³CO₂. The developed scheme provides a new route for high-sensitivity standoff detection and combustion diagnosis.

基于改良的Andreasen & Andersen 颗粒堆积模型优化设计了超高性能混凝土(UHPC)的基础配合比, 研究了钢纤维的形状、含量及混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响。然后采用D-最优设计(DOD)方法, 预测和评估混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响, 并基于DOD模型优化设计了UHPC的最佳钢纤维掺量。结果表明,长直纤维、短直纤维、端钩纤维的掺入会对UHPC堆积体系、密实度带来不同程度的影响, 其中端钩纤维对UHPC密实度的降低程度最大。此外, 钢纤维掺量与UHPC堆积体系也有一定关系, 当纤维掺量超过2.0%(体积分数, 下同)时, UHPC的密实度急剧下降, 造成UHPC堆积体系的显著破坏; 基于建立的DOD优化模型分析得出, 0.9%的长直纤维与1.1%端钩纤维为最佳纤维混杂方式, 可使得钢纤维对UHPC堆积体系的扰乱作用最小化。

光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤替代普通光纤绕制光纤环, 是光纤陀螺的发展方向。光纤种类不同, 其热相位噪声特性与传统陀螺存在差异。对光子晶体光纤陀螺光纤热相位噪声展开研究, 利用有限元方法建立光纤模型及噪声模型, 并搭建光源强度噪声抑制光路对热相位噪声进行测量, 通过实验结果与仿真的对比, 验证了模型的正确性。

空芯光子带隙光纤拥有优越的环境适应性, 但光纤中的高阶模使其在多种场合下的应用受到制约。利用光子带隙内高阶模式在小于截止波长时被强烈抑制, 而基模在该波段可以稳定存在的特性, 提出了实现单模传输的方法, 并通过实验验证了该方法的可行性。在此基础上仿真分析了包层参数对单模传输波段的影响, 计算结果表明, 单模传输波段的带宽随材料折射率的增加而增加, 折射率由1.445提高到2时, 带宽增加2.9倍; 相对倒角由0.2提高到0.8时, 单模传输波段的工作波长移动310nm以上。

当使用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)测量火焰场内碱金属元素时，等离子体内碱金属原子所发出的LIBS信号，会受到等离子体外火焰中基态碱金属原子的吸收，影响测量精度。基于Beer-Lambert定律和CH4-空气火焰场内气态含K物质的热力学平衡原理，建立了火焰场内K元素LIBS信号的原子吸收模型，并分析了实际生物质颗粒燃烧K元素释放浓度范围内，火焰气氛、K元素浓度分布以及总K浓度对火焰原子吸收效率的影响。研究发现，随着O2/CH4的摩尔比值的增加，火焰中热力学平衡状态下K原子占总K的比例从约25%逐步降低，火焰原子吸收效率也从86.8%逐步降低。当O2/CH4的摩尔比值大于2时，火焰尾气中会存在剩余O2，此时火焰内K原子的吸收效率均低于13%。同时，火焰中K元素浓度分布以及总K浓度的合理调整亦对火焰原子吸收效率具有降低作用。在此基础上，提出了创造氧化性气氛、调整K浓度分布来降低火焰原子吸收效率和提高LIBS测量精度的解决途径。