1 南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300071
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
光学元件的小型化与集成化一直是光场调控和集成光学领域的研究重点与难点之一。光学人工微结构具有在亚波长尺度上灵活调控光场振幅、偏振、相位、频率等属性的能力。通过与片上光波导或微腔集成，人工微结构可以为实现更紧凑的片上集成光子学器件以及更精确、更丰富的光场调控提供新的解决方案和更多的可能性。本文依据片上集成人工微结构在不同环节中调控的光场类型的差异，将其分成三类进行了讨论。介绍了基于不同设计原理的片上集成人工微结构在自由空间光入射耦合、波导模式面内调控以及离片辐射场调控方向的研究进展，并对该领域的部分新兴方向进行了展望。
人工微结构 超构表面 光场调控 集成光学 微纳光学 光学学报
2024, 44(10): 1026004
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学烟台研究院先进光纤传感技术研发中心，山东 烟台 264006
基于光纤后向散射的光纤传感技术具有全分布、长距离等特点，在诸多领域受到广泛关注，被认为是一种变革性技术。散射光随着传输距离增加逐渐减弱，信噪比降低导致感知性能下降，成为限制其在长距离应用的主要因素。通过光纤掺杂、写入弱光栅等方式增加光纤散射强度可以有效缓解该问题。然而对于数千米的超长距应用，散射增加意味光纤损耗的增强，通过增加散射来提升信噪比的方法失效。本课题组提出一种增加光纤后向散射强度但不增加光纤本征损耗的散射收集能力增强光纤。本文分别从增强光纤散射能力和增强后向收集能力两个方向总结了散射增强光纤的几种方法，论述了各种方法的优缺点，并进行了简要展望。
光纤光学 分布式传感 散射增强光纤 辐照光纤 微结构光纤 掺杂光纤 超长锥形光纤
1 1.华南理工大学 国家人体组织功能重建工程技术研究中心, 广州 510006
2 2.华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510641
3 3.上海骨科生物材料技术创新中心, 上海 201114
4 4.上海贝奥路生物材料有限公司, 上海 201114
5 5.中国人民解放军空军军医大学 西京医院, 骨科, 西安 710032
为了获得满意的临床疗效, 优质医用生物陶瓷应该具备怎样的性能一直困扰着广大研究者。自20世纪90年代以来, 作者团队致力于研发医用生物陶瓷, 从基础科学研究到成果转化, 再到临床应用, 积累了丰富的研究和应用经验, 相继提出了“生物适配”和“精准生物适配”理论。本文围绕“医用生物陶瓷(磷酸钙类材料)的功能性生物适配”这一主题分享本团队的学术研究成果和临床应用经验，从结构适配、降解适配、力学适配、应用适配等四个角度, 结合骨科临床应用背景, 探讨如何实现其生物适配和设计制造的有效衔接，旨在为医用生物陶瓷的设计、制造、监管和应用提供依据和建议。
生物陶瓷 生物适配 材料微结构 生物降解 骨再生 血管化 专题评述 bioceramics bioadaptability material microstructure biodegradation osteo-regeneration vascularization perspective
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室, 南京 210023
应用日益广泛的可穿戴设备要求其中的传感器件可拉伸、可弯曲，因此柔性传感器已受到人们的重视。文章对柔性压力传感器的微结构、材料、制备工艺等方面进行了综述，重点总结了现阶段柔性传感器所采用的各种结构，比较了天然微结构、仿生表面微结构、多孔结构、多级结构、多层结构柔性压力传感器的重要性能。介绍了目前常用的柔性基底材料和导电活性材料，对比了光刻技术、3D打印等制造工艺的优缺点，对柔性压力传感器的未来研究方向进行了展望。文章对相关柔性器件的研究具有较高的理论价值和工程参考意义。
柔性压力传感器 微结构 柔性基底材料 3D打印 flexible pressure sensor microstructure flexible substrate material 3D printing
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401332
3 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种广泛使用的介电材料, 由于其电光系数大, 透明范围大, 本征带宽宽, 因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好, 刻蚀速率慢, 其微结构参数难以控制。针对以上问题, 该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究, 分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明, 在优化的工艺条件下, LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min, 制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究, 建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法, 为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。
绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI) 集成光子学 脊形结构 电感耦合等离子体刻蚀 微结构参数 lithium niobate on insulator (LNOI) integrated photonics ridge structure inductively coupled plasma etching microstructural parameters
中国电子科技集团公司第四十六研究所特种光纤材料研发中心，天津 300220
空芯微结构光纤按照导光原理不同可分为空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤。在这两种光纤中，空气孔内壁粗糙度导致的散射损耗是其损耗来源之一。在空芯光子带隙光纤中，散射损耗是其损耗的主要原因；在空芯反谐振光纤中，在短波长时散射损耗也是其损耗的重要原因之一。为了降低空芯微结构光纤的散射损耗，需要针对空气孔内壁粗糙度展开深入研究。为此，本文介绍了空芯微结构光纤空气孔内壁粗糙度相关理论、测试技术和抑制方法的研究进展，对相关理论和实验结果进行了总结，对将来需要重点研究的方向提出了建议。
光纤光学 空芯微结构光纤 空气孔内壁粗糙度 散射损耗 粗糙度测试技术 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300003
1 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海底科学重点实验室, 浙江 杭州 310012
2 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
3 中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏 徐州 221116
洋中脊硫化物热液区的贻贝类生物壳体是热液喷口周围生态环境信息的潜在记录者。 然而目前对组成其壳体的矿物分布特征、 超微结构和成因还缺乏深入的研究。 中国科考人员2017年利用载人深潜器首次在西北印度洋卧蚕1号热液区获得了贻贝等生物样品, 是研究这一科学问题的理想样本。 利用扫描电子显微镜、 激光拉曼光谱和傅里叶转换红外光谱分析了该热液区印度洋深海偏顶蛤(Bathymodiolus marisindicus)的壳体天然断面形貌与矿物组成。 结果表明, 印度洋深海偏顶蛤壳体的纵向生长从外到内依次为角质层、 方解石棱柱层、 过渡层、 文石板片层和肌棱柱层。 在棱柱层中, 呈纤维状的棱柱体c轴截面出现不规则状, 方解石棱柱体垂直a轴截面的宽度约为818~960 nm, 与文石层呈近45°斜交, 且方解石棱柱体出现交错现象; 过渡层形状极不规则, 延续了棱柱层的生长取向, 但整体显示从棱柱状到文石板片状过渡的趋势; 文石层总厚度约为205~1 260 nm, 具有片状结构。 在卧蚕-1热液喷口深海偏顶蛤壳体的文石层中, 同一区域的文石板片厚度相同, 不同区域的板片厚度存在差异。 肌棱柱层具有简单的棱柱状超微结构, 棱柱层和珍珠层(文石板片层)均覆盖在肌棱柱层上。 光谱学分析显示深海偏顶蛤壳体珍珠层和棱柱层矿物分别为结晶度相对略高的无机成因文石和生物成因方解石。 该研究分析的深海偏顶蛤壳体形貌、 矿物成分及成因, 可为研究热液区软体动物壳体形成机制与生物诱导成矿过程提供一定的参考依据。
贝壳超微结构 矿物组成 偏顶蛤 卧蚕1号热液喷口 西北印度洋 Ultrastructure of shell Mineral composition Bathymodiolus The Wocan-1 hydrothermal vent The Northwest Indian Ocean 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3497
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
惰性基质燃料（Inert Matrix Fuel，IMF）可有效转化钚和长寿命次锕系核素，可以防止核**扩散和提高乏燃料管理能力，是近年来的一个研究热点。溶胶凝胶法具有产品元素分布均匀、湿法操作流程不易产生放射性粉尘等优点，因此，在研究中被用于制备锆基IMF。采用外胶凝工艺制备ThxZr1-xO2惰性基质燃料，以溶黏度为主要的胶凝指征，研究了不同金属离子浓度、不同温度下溶胶黏度随c（NH4+）/c（NO3-）的变化规律，归纳了不同工艺参数条件下的溶胶胶凝行为类型，绘制了胶凝化场图，可为成功制备相应的凝胶湿球提供量化依据。采用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）研究了经过不同温度热处理之后的核芯结构，结果表明：经过1 350 ℃烧结退火后的微球生成了两相金属氧化物相，ZrO2在氧化钍基底中未生成固溶体，X射线成像结果表明，微球具有良好的球形度且内部没有裂纹。扫描式电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和能量弥散X射线谱（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）结果表明，微球内部孔洞致密且元素分布达到分子级均匀。
钍基 惰性基质燃料 胶凝行为 微结构 外胶凝 混合氧化物燃料 Thorium-based Inert matrix fuel Gelation behavior Microstructure External gelation process Mixed-oxide fuel
1 中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室，有机纳米光子学实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 101407
双光子聚合加工技术是基于双光子吸收效应的一种新型的微纳制造技术，已被广泛应用于微纳光子学、微机电系统、组织工程等领域。采用双光子聚合加工技术制备的3D水凝胶微结构形貌可控，而且具有高精度、适当的刚度以及良好的生物相容性等优势，可以更好地在体外模拟体内微环境，因而在生物医学领域展现出了巨大的应用潜力。本文简要介绍了双光子聚合加工技术的原理，综述了水溶性光引发剂的研究进展，着重介绍了双光子聚合加工技术制备水凝胶的研究现状及其在仿生学、生物医学等领域的应用。
材料 双光子聚合 水凝胶 生物相容性 微结构 细胞支架 组织工程 中国激光
2023, 50(21): 2107401
