1 中国科学院理化技术研究所有机纳米光子学实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
三维（3D）无机微纳结构在光子学、量子信息、航空航天、能源等领域发挥着重要作用。利用传统制备方法获得的无机微结构通常分辨率较低和形貌不可控。因此，3D无机微纳结构的精确可控制备成为亟待解决的难题。激光加工具有高精度、形貌可控等优势，能够实现真3D、高分辨、多尺度复杂3D微纳结构的制备，解决3D无机微纳结构的精确可控制备难题。本文综述了激光加工制备无机微纳结构的研究进展，首先讨论了连续激光和超快脉冲激光加工方式，重点针对飞秒激光加工技术，阐述了基于纯无机材料体系、有机-无机杂化体系，以及聚合物模板法等制备3D无机微纳结构的方法。随后，总结了近年来激光加工3D无机微纳结构在光学器件、量子芯片、信息存储与防伪、航空航天以及仿生结构等领域的应用。最后，展望了激光加工3D无机微纳结构的未来发展趋势。
三维无机微纳结构 激光加工 飞秒激光 光与物质相互作用 微型器件 激光与光电子学进展
2024, 61(19): 1900001
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 北京空间机电研究所， 北京 100089
4 广州南沙光子感知技术研究院，广东 广州 511462
为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器，提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度，与一体化设计对比，分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活，缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真，优化传感器结构参数，最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm，质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明：该传感器的工作频段为0~1 200 Hz，在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz，三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g，横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求，在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。
光纤布拉格光栅 三轴振动传感器 微型化 高灵敏度 fiber Bragg grating triaxial vibration sensor microminiaturization high sensitivity 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230518
重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
提出一种具有模式保持功能的片上模式分离器方案。该方案基于多模干涉耦合器（MMI），通过在MMI多模区加入微型热电极，并通过合理设计热电极的位置和精确控制热电极的加热温度，实现TE0、TE1和TE2三种模式的分离，其插入损耗均低于1.06 dB，模式串扰均低于-15.38 dB。该方案具有模式分离数量多和可扩展的优势，可被广泛用于信号处理系统和通信系统中。
集成光学 模式保持 多模干涉耦合器 模式分离器 微型热电极
电子科技大学材料与能源学院，四川 成都 611731
光谱探测器是用来分析光线各个波长组分强度的仪器，在基础科研、工业生产和日常生活中应用广泛。常用的基于色散元件的光谱探测器通常有难以进一步优化的尺寸和质量，并且色散元件精密，不能满足微型化、低成本的发展趋势。利用旋涂法制备一系列具备不同可见光吸收特性的Cs0.1MA0.9PbX3（X为Cl、Br、I）钙钛矿薄膜，将其组合成滤光片阵列，结合互补金属氧化物半导体传感器构造计算重构型光谱探测器；针对光谱探测器滤光片阵列响应特点，利用非负Tikhonov正则化约束法对光谱进行重建；最后对设计的光谱探测器进行测试验证。所提光谱探测器在500 nm波长处具备27 nm的分辨率，在可见光范围内实现了一定的光谱分辨能力。
光谱探测器 微型化 钙钛矿 Tikhonov正则化约束 滤光片阵列 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504002
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
超级电容器是良好的储能器件，具有功率密度高、使用寿命长、充电速度快等优点。激光诱导石墨烯（LIG）是一种常见的双电层电容器电极材料，但LIG双电层电容器通常表现出较低的电化学性能，而活性物质的掺入会提高超级电容器性能。针对如何控制活性物质的掺入问题，提出一种基于激光直写表面滴涂硝酸铁［Fe（NO3）3］的聚酰亚胺（PI）薄膜以制备LIG-Fe3O4复合物电极的微型超级电容器的方法。激光处理过的区域会同时发生PI薄膜烧蚀与Fe（NO3）3分解，产生Fe3O4与LIG复合的LIG-Fe3O4复合物电极。所制备的LIG-Fe3O4复合物微型超级电容器性能与LIG微型超级电容器相比提高了7.58倍。所提方法为制备高性能LIG微型超级电容器提供了一条新途径。
储能器件 激光直写 激光诱导石墨烯 微型超级电容器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314005
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院先进光电成像技术研究室，黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科室，黑龙江 哈尔滨 150086
3 东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040
4 北京协同创新研究院，北京 100094
5 北京大学未来技术学院国家生物医学成像科学中心分子医学研究所膜生物学国家重点实验室，代谢及心血管分子医学北京市重点实验室，北京 100871
管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一，通过沿行进方向搭载成像系统，实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而，这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘，不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度，提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积，尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后，整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm，最优横向分辨率为15.63 μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人，验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷，提升对管壁细节信息的捕捉能力。
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211013
1 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学脑科学与脑医学学院，浙江 杭州 310058
3 浙江大学教育部脑与脑机融合前沿科学中心，浙江 杭州 310058
神经环路动态功能的解析是当前脑科学领域的重点和难点，微型化显微成像技术为其研究提供了重要手段。相较于双光子荧光成像和光纤光度法，微型化显微系统能够在模式动物自由活动状态下进行长时程、单细胞分辨率、实时成像。近十几年来，科学家们围绕可穿戴、高稳定性要求，先后研制了单光子、多光子成像系统，并从荧光探针、光电子元件、数据传输等方面进行不断优化，提升系统性能，扩展应用范围。将从成像原理、基本结构、系统优化、应用方案及未来发展方向等方面对微型化显微成像系统进行分析和讨论，综述各方向研究进展，旨在为该领域技术提升和神经科学应用提供参考。
微型化显微成像 单光子微型化显微镜 多光子微型化显微镜 活体荧光成像 单细胞分辨精度 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211009
1 东南大学 电子科学与工程学院，南京20096
2 中国电子科技集团公司第五十五研究所，南京10016
选用半导体LT7911D以及LT9211芯片作为显示桥接芯片，采用Type‑C接口集成供电、数据传输、音视频信号传输功能，调试简便，工艺成熟，无需占用大量面积，有利于整个系统的小型化，实现了一种基于STC单片机的微像源驱动系统以及显示驱动的国产化芯片方案。同时采用一种快速自适应 Gamma校正算法，提高了微像源显示效果，使其更好应用于头戴式显示领域。
微型有机发光二极管 头戴式 国产化芯片 伽马校正 Micro OLED head-mounted domestic chip Gamma correction
华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
基于光子晶体微腔的腔光机加速度计将机械谐振子及高品质因数光子晶体腔相结合, 其中的机械振子在机械震荡模式下对微弱力/位移敏感的特性, 可以实现极低的噪声水平, 理论上能够达到标准量子噪声极限, 是高精度加速度计的重要发展方向。对拉链式光子晶体腔光机加速度计的原理和结构特点进行分析, 设计了一种应用于加速度计的硅基拉链式光子晶体腔和机械振子结构。分析了拉链腔的结构参数对光学Q值的影响, 通过调节结构参数将光腔的谐振频率控制在195 THz附近, 并分析了机械振子和光腔的机械谐振特性, 光腔的有效质量为 30 pg, 加上机械振子后有效质量为3.1 ng, 光机耦合率达到GHz/nm量级, 为基于硅基拉链腔加速度计的制造和表征提供了指导。
微型光机电系统 加速度计 高精度 拉链腔 光子晶体 micro-optical electromechanical (MOEMS) accelerometer high precision zipper cavity photonic crystal
贵州振华红云电子有限公司，贵州 贵阳 550018
采用固相法制备了Bi2O3掺杂的Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷，研究了体系的微观结构，以及Bi2O3掺杂量对体系压电性能的影响；将体系最优性能的样品装配成微型气泵，并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明，Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构，少量的Bi2O3掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时，样品晶粒分布均匀，介电和压电性能最优，即εT33=5 289、kp=0.46、d33=377 pC/N、tan δ=0.72%、Tc=80 ℃，样品具有典型的介电弛豫特性。将上述样品装配在微型气泵中，在输入频率(25±2) kHz、输入电压15 V条件下，测得微型气泵的气压略低于日本村田的微型泵。在某些对气压要求不高的领域，样品能够满足使用要求。
Bi2O3掺杂 无铅压电陶瓷 介电和压电性能 微型气泵 Bi2O3 doped lead-free piezoelectric ceramics dielectric and piezoelectric properties micro air
