1 重庆邮电大学 光电工程学院， 重庆 400065
2 重庆光电技术研究所， 重庆 400060
3 重庆邮电大学 通信与信息工程学院， 重庆 400065
4 中国电子科技集团第十三研究所， 石家庄 050057
5 暨南大学 纳米光子学研究院， 广州 511443
设计了一种基于双十字结构的多谐振峰太赫兹超材料传感器。整体结构由表面金属图案、中间介质和底面金属板组成。基本单元的表面图案呈双十字交叉状，介质材料为聚酰亚胺(Polyimide)。仿真结果表明，所提出的结构具有5个不同的谐振吸收峰，吸收率均超过90%。前3个谐振峰分别对应单元结构内部不同区域形成的基本磁谐振，后2个谐振峰则来源于单元结构间的相互作用。当传感器表面覆盖15μm厚的分析物时，该传感器各个谐振峰的灵敏度分别为72，137，234，353和252GHz/RIU，且谐振峰偏移量与待测分析物折射率变化量呈较强的线性关系，具有优越的传感特性。此外，多峰传感器稳定性优于传统的单峰或双峰传感器，具有良好的抗干扰能力，有助于降低测量误差。所提出的这种高灵敏度多谐振峰传感器在微量分子检测领域具有广阔的应用前景。
太赫兹 超材料 传感器 多谐振峰 灵敏度 terahertz metamaterial sensor multiple resonance peaks sensitivity
1 上海大学环境与化学工程学院, 上海 200444
2 上海大学生命科学学院, 上海 200444
3 上海海关动植物与食品检验检疫技术中心, 上海 200135
4 上海如海光电科技有限公司, 上海 201201
5 中国检验检疫科学研究院, 北京 100176
硫脲是一种含氮量高、 毒性较大的潜在蛋白掺假化合物, 常规的实验室检测方法过程复杂、 效率低, 无法满足口岸对大批次散装奶粉样本质量快速筛查的需求。 为解决口岸抽样监管缺乏快速实时评价方法的难题, 利用自主搭建的便携式点扫描拉曼高光谱成像系统, 开发了一种简单高效的奶粉中硫脲现场可视化快速检测方法, 确保散装奶粉在进出口环节的精准监管。 研究以不同添加浓度(0.005%~2.000%)的硫脲奶粉混合物为样本, 分别用Whittaker平滑方法和自适应迭代重加权惩罚最小二乘算法(airPLS)消除光谱数据的背景随机噪音信号和荧光背景干扰, 峰值识别后对硫脲特征位移处的单波段数据进行二值化处理, 得到混合样本感兴趣区域的二值热图, 通过二值图中硫脲像素点的有无和坐标, 对奶粉中的硫脲进行定性判别和定位分析。 进一步分析得感兴趣区域内硫脲像素点数目与添加浓度的关系, 结果表明随着添加浓度的增加, 硫脲像素点数目呈线性增长趋势, 其中线性拟合的决定系数(R2)为0.991 3, 硫脲的最低检出浓度为0.05%。 在0.25%, 0.60%, 1.20%和1.50%的添加水平下, 利用像素点数目和线性拟合关系预测奶粉中硫脲的浓度, 结果显示预测浓度的相对误差范围为-9.41%~4.01%, 相对标准偏差小于7%。 该点扫描拉曼高光谱成像系统能在10 min内完成单个样本的检测, 结合软件控制系统, 实时对奶粉中的硫脲颗粒进行定性、 定量和污染分布分析, 方法简单高效、 准确性好、 灵敏度高、 稳定性强, 为口岸现场对散装奶粉中硫脲掺假物的实时快速检测提供了技术监管手段, 能显著提升口岸现场散装样本的监管环节质量评价的精准性, 为进口奶粉快速通关提供技术保障。
便携式拉曼高光谱成像技术 现场无损检测 硫脲 奶粉 Portable Raman hyperspectral imaging technology On-site non-destructive testing Thiourea Milk powder 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2156
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210671
暨南大学纳米光子学研究院，广东 广州 510632
光谱分析技术具有快速、准确和绿色检测的特点，在科学研究、信息、生物医疗、食药检测、农业、环境和安防等领域有广泛而且重要的应用。然而现有光谱技术与检测设备通常较为庞大复杂，难以适合现场快检、轻载荷平台等便携式应用场景。近年来，微型光谱检测技术和设备受到广泛关注并得到迅速发展，具有尺寸、重量、功耗等方面的显著优势，尤其是基于散斑检测的计算光谱分析技术，可以通过记录分析散射元件对被测光形成的散斑图获得高精度的光谱信息。本文将介绍相关技术原理和技术发展现状，分析现有技术性能和优缺点，讨论并总结未来发展方向和应用前景。
光谱 散斑 微型光谱仪 压缩感知 spectrum speckle microspectrometer compressive sensing
暨南大学纳米光子学研究院, 广东 广州 511443
近年来,各种微纳光学效应被用于实现结构色甚至更精细的光谱调控,但这类方法大部分都基于彩色滤波原理,其光学效率难以接近甚至超越传统的染料滤波技术。首先介绍高像素密度图像传感器的色彩技术需求,并分析现有商用染料滤波器和微纳光学结构色滤波技术的局限性,然后介绍一类新兴的微纳结构空间分光色彩管理技术,并系统性地分析和讨论其技术原理和发展现状,最后总结该技术面临的挑战和发展趋势。
光学器件 亚波长结构 微纳光学 图像传感器 结构色 分束器
暨南大学纳米光子学研究院, 广东 广州 510632
近年来,表面等离激元(SP)增强的金属纳米结构中热载流子产生、传输和收集得到了广泛而深入的研究。其中,利用电子隧穿和热发射效应实现的全新光电转换机制,结合平面化制作和CMOS兼容集成等,有望成为硅基红外光电探测的备选方案。目前这类探测器主要为金属-半导体肖特基结的光伏型器件,其光电响应较弱。为此,报道了一种基于金属-硅复合无序纳米结构的光电导器件,得益于无序表面等离激元局域热点效应和多叉指金属-半导体-金属(MSM)结构的显著光电导增益,实验获得了硅亚带隙的宽带强光电响应。该热载流子介导的多叉指MSM器件在1310 nm波长处的光电流响应度高达2.50 A/W。
探测器 近红外探测器 光电导探测器 等离激元 光电导增益 中国激光
2020, 47(11): 1113002
1 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究院 中国科学院纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州215123
2 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院, 安徽 合肥 230026
3 暨南大学 纳米光子学研究院 广东省光纤传感与通信技术重点实验室, 广东 广州511443
近年来, 太赫兹技术得到迅速发展, 在通信、反恐、检测和医药等领域展现了广泛的应用潜力。尤其是许多生物分子和材料在太赫兹波段存在特征的吸收光谱, 而且太赫兹波能量低损伤小等特点, 使得太赫兹生化传感器越来越受到关注。然而, 由于太赫兹波的波长较长与生物分子等的尺寸差别非常大, 导致相互作用比较弱, 从而限制了太赫兹传感器的性能。通过微纳电磁结构对光场空间分布和频率分布的调控, 增强太赫兹波传感器的灵敏度是当前的研究热点。文中将重点介绍各种微纳结构太赫兹传感技术的原理和研究现状, 并通过梳理其发展趋势和当前的性能制约因素, 讨论此方向将来的发展方向和应用前景。
太赫兹 传感器 人工微结构 超材料 terahertz sensor microstructure metamaterial 红外与激光工程
2019, 48(2): 0203001
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州215123
介绍了逆向调制空间激光通信的技术原理，概括了核心部件——空间光调制器的技术需求。重点介绍了量子阱电吸收调制器的原理、发展和系统应用，深入分析了其在应用中面临的技术挑战和瓶颈问题。回顾了最近兴起的基于微纳光学技术的空间光调制技术发展过程，并总结了高速空间光调制器的发展现状，展望了其未来发展方向和应用前景。
光通信 空间光通信 逆向调制器 空间光调制器 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 050008
