模式转换器是实现模分复用技术（MDM）的关键部件。基于伴随法对器件边缘进行智能优化，从而在绝缘体上硅（SOI）平台上设计了高性能TE₀-TE₁模式转换器。经仿真验证，在中心波长1550 nm处，模式转换效率达99.6%，消光比达31.2 dB，而损耗仅为0.01 dB。在1500~1600 nm带宽范围内，TE₀-TE₁的转换效率保持在96.6%以上，消光比保持在15.7 dB以上，而损耗保持在0.14 dB以下。当器件尺寸变化在±20 nm以内时，器件在1550 nm处的转换效率保持在97.2%以上，消光比保持在16.5 dB以上，插入损耗维持在0.12 dB以下。在片上设计了TE₁模式的测试装置，并利用商业流片对转换器进行制备。实验结果表明，在60 nm的带宽范围内，TE₀-TE₁转换器的转换效率保持在90%以上，插入损耗维持在0.4 dB以下。因此，所提出的转换器具有高转换效率、宽带宽、低插入损耗和高制作容差等特点，为高性能片上模式转换器的高效设计提供了新思路。

光子集成技术的高速发展对功能器件的设计效率提出了较高的要求。逆向设计利用优化算法实现器件结构的智能设计，从而可有效降低设计复杂度，提升设计效率。利用基于伴随法的逆向设计算法对硅基平台上的光耦合器进行结构设计，通过优化器件的边界形状，实现了高效率、任意分光比输出。仿真验证了三种1×2光耦合器的性能，其分光比分别为1∶2、1∶4和1∶8（3 dB、6 dB和9 dB）。器件的设计尺寸仅为4 μm×2 μm，且可以通过一步刻蚀完成。在1550 nm波长处，所设计的耦合器均可达到设计目标，且最大插入损耗仅有0.12 dB。在1500~1600 nm波长范围内，三种耦合器的分光比相对于设计目标的误差均保持在±1 dB以内，并且三种耦合器的插入损耗均低于0.28 dB。针对制作工艺误差等问题，对器件的制作容差进行了分析。结果表明，当耦合器的整体宽度变化±20 nm时，三种耦合器在1550 nm波长处的分光比的误差仍能保持在±1 dB以内。此外，制造了分光比为1∶2的耦合器，且实验结果符合设计目标。

紫外分光光度法(UV法)由于较传统化学方法具有效率高操作简便、 无二次污染且可现场原位测试等优点, 近些年来被广泛应用到水质参数的测试中。 硝酸盐氮是工业废水中的主要污染物之一。 基于UV法测量水体中硝酸盐氮浓度的标准方法是分别测量水样在220nm和275nm处的吸光度, 然后用275 nm处的吸光度对220 nm处的吸光度进行校正, 进而绘制出校正后的吸光度与硝酸盐氮浓度的标准曲线。 然而, 当硝酸盐氮浓度升高时, 标准法所采用的朗伯比尔定律的线性关系以及不同物质吸光度叠加的线性不能很好地满足, 在实际的实验测试中也发现, 很难建立硝酸盐氮在220 nm处的吸收模型。 为了克服单波长或双波长方法的缺陷, 将硝酸盐氮吸收峰范围的各个波长的吸光特性引入到模型的建立之中。 同时, 为了降低模型的复杂度, 在建立模型之前先对吸光度数据进行主成分分析, 将输入数据的维度数从107压缩到4, 然后对压缩后的数据使用局部加权线性回归法建模, 该吸收模型对于训练样本和测试样本都有较好的预测结果, 且能够适应高浓度时吸光度与浓度的非线性关系, 测量上限可达几百mg·L-1。 另外, 此方法的原理和流程也适用于其他水质参数吸收模型的建立。

构建了一种新的POCT(Point-of-Care Test)仪器的小型嵌入式硬件平台.设计并实现了一种基于数字处理现场可编程门阵列(FPGA)的实时图像采集处理系统,介绍了该系统的软硬件设计和构建流程.实验结果表明:该系统能在TFT显示屏上实时显示1.3×106 pixel、15 frame/s的视频图像,配合显微镜系统,对DNA点阵图的检测精度可达10μm,检测结果与实验室内大型成熟设备检测结果的误差在±1.5%之内,基本满足了POCT仪器测量的快速检测、高精度、便于携带、实时性好等要求.

提出了一种简单、低成本的植入式柔性薄膜神经微电极的制作工艺和方法.该方法采用光敏型聚酰亚胺(Durimide 7510)代替传统方法中的非光敏型聚酰亚胺或聚对二甲苯作为微电极基质材料,同时设计了一种基于应力集中的凹槽结构以保证所得微电极形状的规整性,且采用了一种基于硅导电性通过电化学腐蚀牺牲层的方法来实现微电极从支撑基片表面的完整自动释放.整个制作工艺简单,仅需两次光刻和两次金属沉积.测试和评价了所制作微电极的表面形貌、电学性能以及生物相容性,结果表明,这种方法大大降低了制作成本并缩短了周期.

介绍了一种基于高性能SOC(System on Chip)C8051F020的微流控芯片多功能控制系统,它针对不同芯片管道结构可以实现灵活多样的控制,同时系统还可采用外部接触法对微芯片温度进行实时PID模糊监控.系统是基于高性能C8051内核,外围扩展出I/O、A/D、D/A、通信等功能模块,与PC和触摸屏构成了一套完整的多功能微芯片电泳控制系统.系统可灵活设定微芯片的电泳进样分离时间及电压,并且采用光耦隔离I/O实现高压隔离,双级继电器以实现高压无缝极间切换,具有较高的智能自动化.

AMC7820是德州仪器公司(TI)推出的专为多通道应用而设计的模拟监视与控制电路,它可灵活地应用于模拟采集与控制仪器设备中.本文根据其原理简要地介绍了它的结构组成,并结合其D/A与A/D功能,与PC机构成一套完整的微流控芯片电泳检测分析系统.系统可以灵活设定分离进样时间、电压,通过数字I/O口操作继电器实现了系统的自动智能操作,并成功应用于临床尿蛋白的检测.

利用MEMS(微机电系统)标准光刻、湿法腐蚀以及低温键合技术制作了微流控分析芯片.在自制的紫外吸收微芯片生化分析仪上,利用该芯片对临床妊娠高血压和多发性骨髓瘤患者的尿液样本进行了在线芯片电泳分析,得到了与医院常规诊断方法一致的诊断结果,而此法进行一次分析仅需要2 min,且试剂消耗量少,这是常规方法不能比拟的.也以LDH同工酶标准品为分析对象,对芯片在线同工酶诊断进行了初步研究,初步实现了LDH1和LDH5混合样本的片上分离、孵育反应和产物检测.