1 西北大学光子与光子技术研究所,陕西 西安 710127
2 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310007
Such as, by using the photothermal effect of materials, the surface tension of the lubrication layer on the surface of materials can be changed, thus creating a wetting gradient force to push the droplets to move. Further, the sliding and pinning of the droplet can be controlled by the phase change of the paraffin layer on some functional surfaces. The pyroelectric crystal can generate the dielectric force field on its surface based on the photothermal effect, which could be applied to realize the lossless moving, merging, and splitting of the droplets. In addition, the wettability of the photovoltaic crystals could be changed with the irradiation of light, therefore, can be used to control the behavior of droplets. In this paper, the development of the photo-responsive functional surface in droplet manipulation was briefly reviewed. The mechanisms of the droplet manipulation with the functional surface were expatiated. The categories of functional surfaces were summarized, the characteristics of the structure were analyzed, and the corresponding implementation method was introduced in detail. In addition, the applications of the photo-responsive functional surface in droplet transportation, fusion, and segmentation were introduced. Finally, the future development and potential applications of the photo-responsive functional surface for droplet manipulation were prospected.
光响应 功能表面 液滴操控 润湿性 photo-responsive functional surface droplet manipulation wettability
1 西北大学 信息科学与技术学院,西安 710127
2 西北大学 物理学院,西安 710127
随着生物传感器应用的日益广泛,对新型生物传感器的开发已成为世界科技发展的重要战略。作为直接宽禁带半导体的氧化锌(ZnO),因具有无毒性、生物相容性良好、物理化学性能稳定等优异性能而被应用于电子器件、光电子器件、生物传感器等领域,尤其基于纳米ZnO的生物传感器研究已成为防疫和医疗领域的一个新热点。本文介绍了目前纳米ZnO的几种主要制备方法(包括水热法、磁控溅射法、溶胶凝胶法和原子层沉积法等)及其优缺点,对比分析了所制备ZnO的优异性能尤其增强性能的方法(如优化工艺、掺杂、复合、异质结等)。着重阐述了纳米ZnO材料在生物传感器领域的应用,根据其信号处理元件的工作原理不同,将ZnO纳米材料所制备的生物传感器分为电化学生物传感器、光学生物传感器、压电生物传感器、热学生物传感器等,分别详细介绍了其结构、工作原理及其对生物检测的突出性能与发展现状。最后,对纳米ZnO生物传感器目前所面临的挑战和未来的发展趋势进行了总结和展望。
氧化锌 生物传感器 纳米材料 光学传感器 电化学传感器 Zinc oxide Biosensors Nanomaterials Optical sensors Electrochemical sensors 光子学报
2022, 51(10): 1016001
光子学报
2022, 51(10): 1014001
光子学报
2022, 51(10): 1012001
张朝阳 1,3陆宝乐 1,2,3,*陈浩伟 1,2,3王凯歌 1,2,3白晋涛 1,2,3,*
1 西北大学 光子学与光子技术研究所,省部共建西部能源光子技术国家重点实验室,西安 710069
2 国家级光电技术与纳米功能材料国际联合研究中心,西安 710069
3 陕西省全固态激光及应用工程技术研究中心,陕西省光电子技术重点实验室,西安 710069
研究了一种基于非线性光纤环形镜“8”字形谐振腔结构的波长可调谐被动锁模掺铒光纤激光器,该激光器通过将偏振控制器加在耦合比为30/70的2×2光纤耦合器首尾相连的环内,在整个谐振腔的右端搭建了一个Sagnac环形滤波器。当泵浦功率为270 mW时,锁模光纤激光器输出了中心波长为1 555.7 nm的传统孤子,其光谱的3-dB带宽为4.2 nm,重复频率为21.1 MHz,信噪比为68 dB,脉冲宽度为0.759 ps。此外,在不改变腔内其他器件的情况下只增加泵浦功率,实现了锁模光纤激光器的连续可调谐,中心波长的调谐范围为1.5 nm;在增加泵浦功率到360 mW时,调节偏振控制器出现了松束缚态孤子。
激光器 传统孤子 非线性光纤环形镜 掺铒 被动锁模 Laser Traditional soliton Nonlinear optical loop mirror Er-doped Passively mode-locked
1 西北大学光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 710069
2 西北大学物理学院, 陕西 西安 710069
3 西安交通大学第二附属医院骨科, 陕西 西安 710004
发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害, 更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。 该研究工作, 通过建立逆向空间偏移拉曼光谱(SORS)实验装置, 克服了传统拉曼探测深度有限(约几百微米)的应用瓶颈, 以无损、 非接触的方式, 克服不/半透明容器光学背景对光谱测量结果产生的影响, 实现多种空间偏移量(Δs)条件下, 样品特征光谱信息检测与分析, 为开发基于逆向SORS技术的新型药物检测方法奠定实验基础。 实验装置搭建过程中, 采用785 nm半导体激光器与WITec UHTS300型拉曼光谱仪构建逆向SORS光谱分析装置。 通过使用准直光束照射锥透镜形成环形激发光斑, 并控制锥透镜与样品之间的距离, 实现Δs连续可控变化。 利用所搭建的光谱检测装置, 分别测量聚乙烯方瓶(厚度为1.5 mm)和聚四氟乙烯离心管(厚度为4 mm)内对乙酰氨基酚和甲硝唑的拉曼特征光谱。 利用环形光束照射会抑制容器峰强度这一特点, 选取容器拉曼特征峰作为标准峰, 分别对点光斑(Spot)和环形(Ring)光斑测量结果进行归一化处理, 并将其强度相减(Ring-Spot), 得到逆向SORS光谱测量结果。 实验结果表明, 逆向SORS光谱检测方法能够克服表层容器光学背景对测量结果产生的干扰性因素, 真实反映不/半透明容器内样品的分子指纹光谱信息。 在实验测量范围内, 当环形光束半径增大1倍时, 聚乙烯方瓶内对乙酰氨基酚拉曼特征峰强度增大6倍, 而聚四氟乙烯离心管内的甲硝唑各特征峰强度增强1倍。 以上实验结果表明, 逆向SORS技术能够准确检测不/半透明容器内, 或有漫散射介质覆盖的样品深层化学成分的指纹光谱。 通过提高系统信噪比并优化系统结构与功能, 在建立小型化、 集成化检测系统的条件下, 逆向SORS技术可与现有的多种药物检测技术相互补充, 发展成一种快捷、 准确、 操作简便的新型药物检测手段。
逆向空间偏移拉曼光谱技术 药品检测 不/半透明容器 深层成分 Inverse spatially offset Raman spectroscopy Drugs detection Opaque/semitransparent container Deep component 光谱学与光谱分析
2019, 39(5): 1472
西北大学 光子学与光学技术研究所 国家级光电技术与纳米功能材料国际科技合作研究中心 光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地, 陕西 西安710069
基于激光受激辐射损耗原理的远场光学超分辨成像技术, 当圆形入射高斯激光经过涡旋相位板调制后, 将转变为中心光强为零的圆环形光束, 该形状的激光束与光敏聚合物作用, 能够制备出具有一定功能的纳米结构。介绍了自主搭建的基于圆环连续激光光源的激光直写系统, 以及利用该系统研制的复合纳米结构。当光源为532 nm连续激光输出时, 与正性光刻胶作用, 得到直径<50 nm的纳米柱复合结构, 以及整齐均匀的纳米柱阵列结构; 与负性光刻胶作用, 得到直径<100 nm的纳米通道, 以及整齐均匀的中央有纳米通道的微米柱复合结构阵列。当光源为405 nm连续光纤激光时, 与正性光刻胶作用, 也得到了直径小至153 nm的纳米柱复合结构及其阵列。这些纳米结构的基本单元尺寸都突破了光学“阿贝衍射极限”的限制, 具有实用潜力。
光学衍射极限 连续激光直写技术 相位调制 纳米柱阵列 功能纳米复合结构 Optical diffraction limit CW laser direct writing lithography phase modulation nanopillar array functional composite nanostructure
1 西北大学 光子学与光子技术研究所 省部共建光电技术与功能材料国家重点实验室培育基地, 西安 710069
2 西北大学 物理学院, 西安 710069
3 西安市教育科学研究所, 西安 710003
为了揭示高数值孔径光学系统在多重初级像差共同作用时受到的影响, 基于衍射理论, 研究了多重初级像差, 特别是彗差、象散和球差对汇聚高斯光束的影响效果.通过数值模拟计算, 获得了在彗差、象散和球差共同作用下, 汇聚高斯光束在焦平面处光斑的光强分布, 发现多重像差对聚焦光斑的影响并非各单像差影响效果的简单叠加.通过对高数值孔径光学系统激光焦斑的实际测量, 发现其光强分布特点与数值模拟结果具有高度的一致性.研究结果对于评估与分析实际的光学系统具有一定的指导意义.
多重初级像差 高数值孔径 衍射理论 高斯光束 数值模拟 Multiple primary aberration High numerical aperture Diffraction theory Gaussian beam Numerical simulation