1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
3 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心，河北 邯郸 056038
4 河北工程大学信息与电气工程学院，河北 邯郸 056038
提出一种反S形手性全介质超表面，通过打破结构对称性激发本征手性准连续域束缚态（QBIC），实现了峰值稳定的强圆二色性（CD）。利用有限元法（FEM）分析超表面的本征偏振态、远场散射功率和CD光谱。仿真结果表明，手性超表面的结构参数在20 nm范围内变化时，其CD值始终保持在0.85以上。所设计结构的折射率传感灵敏度达到375.86 nm/RIU，品质因数（FOM）高达12453.94 RIU-1。此外，超表面的光学手性局域增强高达4个数量级，实现了手性对映体的灵敏检测。本研究为高性能手性超表面传感器的设计提供了理论参考。
连续域束缚态 圆二色性 品质因子 手性超表面 光学传感器
天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室， 天津300072
在无创可穿戴式光谱传感器领域， 确保人体与传感器接触状态的稳定性对于提升传感器性能至关重要。 人体的动作会改变肌肉和皮肤的扭曲程度， 改变接口处传感器与皮肤的接触状态， 使得光的入射角度发生偏移。 入射角的变化影响光在皮肤中的传播路径， 进而影响到传感器接收的皮肤表面漫反射光的强度。 为了解决这一问题， 开发了一种专用于人体成分无创检测的可穿戴式近红外光学传感器。 该传感器的感光部分采用环形结构设计， 这不仅增大了接收光的面积， 还能够360°角度平均经皮肤表面漫反射的光， 有效地减少了由光源入射角度变化引起的各向异性干扰。 利用蒙特卡罗模拟， 分析了光入射角度在1.2°、 2.5°、 5°、 15°、 45°范围内随机变化， 以及0°至5°单方向变化时， 单点与环形传感器的性能差异。 模拟结果显示， 环形传感器的信噪比显著高于单点检测器， 大约提高了十倍， 相应地， 其检测的最低血糖浓度限也更低， 是单点检测器的十分之一。 环形探测器不仅降低了由于入射角随机变化引起的各向异性干扰， 而且在两个不同的探测器处接收到的干扰表现出更强的共模特性。 因此， 采用一对同心圆环形探测器并对其信号进行差分抵消， 可以进一步抑制入射角变化带来的干扰。 在人体实验中， 受试者在空腹状态分别使用环形检测器和单点检测器采集动作变化下的漫反射光信号。 实验结果表明， 环形传感器结合差分方法可以有效地抑制由人体动作引起的人-传感器接触状态变化的干扰， 信号变化幅度在0.000 5～0.001 a.u.， 满足0.5～1 mmol·L-1精度的无创血糖检测要求。 综上所述， 本文提出的双环形接收的穿戴式光学传感器在人体检测中表现出优异的高信噪比性能， 显示出其在无创人体成分检测领域的广泛应用潜力。
可穿戴式 光学传感器 无创测量 蒙特卡洛模拟 差分测量 Wearable Optical sensor Non-invasive measurement Monte Carlo simulation Differential measurement
上海市激光技术研究所有限公司， 上海 200233
光学传感器在科研和社会生产生活中有广泛应用。传统光学传感器存在体积大、难集成等方面的不足，制约光学传感器向集成化和便携化的发展。尺寸小、易集成的微纳光学传感器可以有效解决传统光学传感器面临的问题，其中超表面光学传感器具有设计自由度高、检测灵敏、性能可靠、获取信息多样等优势，是实现传感器集成化和小型化的可行路径。超表面是一种有力的光场调控工具，通过对超表面单元结构的定向设计可实现超表面光学传感器的功能定制。在超表面结构的设计和优化过程中，人工智能算法和深度学习的应用能够显著提高超表面光学传感器设计的效率和准确度，降低设计所耗费的时间。得益于超表面光学传感器在设计、功能、便捷性上的优点，其在生物和医疗检测、光开关、光计算等领域有重要的应用价值和潜力。
超表面 光学传感器 算法和深度学习 检测 光计算 metasurface optical sensor algorithm and deep learning detection optical computing
赤峰学院 物理与智能制造工程学院 微纳米光电子材料与智能器件重点实验室, 内蒙古 赤峰 024000
基于简单的熔融拉锥技术提出了一种涂覆聚二甲基硅氧烷的曲线型光纤锥温度传感结构。单模光纤锥的长为1.5mm,腰径25μm。涂覆聚二甲基硅氧烷后光纤锥的腰径为100μm。实验给出了曲线型光纤锥的温度响应特性,其温度灵敏度达到了-191.41pm/℃。此外,聚二甲基硅氧烷具有很好的疏水性,这结构可有效避免温度测量中的湿度串扰问题,同时,这结构的制备过程简单、成本低、灵敏度高,机械强度好,在工业自动化、航空航天、生物医疗等领域有着重要的应用前景。
光纤光学传感器 曲线型光纤锥 聚二甲基硅氧烷 温度 熔融拉锥技术 fiber optics sensor curved fiber taper polydimethylsiloxane temperature melting pull taper technology
1 北京邮电大学 电子工程学院， 安全生产智能监控北京市重点实验室， 北京 100876
2 解放军总医院第三医学中心 放射诊断科， 北京 100039
实时便捷的pH检测对于环境监测和医学诊断等领域具有重要应用价值。本文通过溶胶?凝胶法制备了一种比率荧光毛细管pH传感器。该传感器以2.8?羟基芘?1，3，6?三磺酸三钠盐（8?hydroxy?pyrene?1，3，6?trisulfonate，HPTS）作为pH敏感的荧光探针，利用HPTS与十六烷基三甲基溴化铵（hexadecyl trimethyl ammonium bromide，CTAB）结合形成HPTS?IP离子对，然后将离子对分散于溶胶?凝胶中，并将其固定于毛细管内壁即制得比率荧光毛细管pH传感器。该传感器利用HPTS在双激发带下的发射强度比值实现比率荧光检测，当pH从5.0上升至8.0时，HPTS的荧光强度比率随pH值增加逐渐增强，pKa值为6.95，通过分析HPTS的比率荧光强度变化可间接监测pH波动。该传感器具有较好的pH敏感性、稳定性和可逆性，且可快速、灵活、便捷地进行实际操作，在环境保护和生物医学领域的pH监测分析方面拥有良好的应用前景。
荧光探针 光学传感器 pH检测 毛细管 比率荧光 fluorescence probe optical sensor pH detection capillary ratiometric fluorescence
上海出版印刷高等专科学校印刷包装工程系，上海 200093
蚕丝具有优异的光学特性，在光学器件领域具有广阔的应用前景。介绍了蚕丝光波导、蚕丝光学传感器和蚕丝光学微结构3种蚕丝光学器件的研究进展。其中蚕丝光波导和蚕丝微结构重点介绍了制备方法和性能研究进展，蚕丝光学传感器重点介绍了其在生物医学、环境监测和工业检测等传感领域的应用进展。3种蚕丝光学器件的研究都展示了该方向的理论研究价值和实际应用价值。未来的研究应该继续深入研究蚕丝的光学性能，以及蚕丝光学器件的制备方法和性能优化，实现蚕丝在光学器件领域的更广泛的应用。
蚕丝 光学器件 光波导 光学传感器 光学微结构 silk optical device optical waveguide optical sensor optical microstructure
1 中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心，江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
基于Fano共振超表面所具有的高品质因数以及电场局域特性设计了一种全介质超表面结构，探究了超表面结构参数与品质因数、调制深度之间的关系。通过改变结构实现了单重Fano共振至双重Fano共振的有效调控。对比同等参数下矩形柱与椭圆柱超表面结构的灵敏度，选择矩形柱结构并确定其最优参数。矩形柱超表面结构的品质因数最大可达3408，双重共振峰的调制深度接近99%。通过仿真计算可知该结构对甲烷体积分数的测量灵敏度可以达到（对应dip1）和（对应dip2），对背景折射率的测量灵敏度为和，FOM（figure of merit）值分别为和。此外，入射光偏振角度对此传感结构的Fano共振透射光谱强度具有一定影响，这一特性为光学非对称传输、偏振角检测以及超表面多功能复用等提供了新思路。
传感器 Fano共振 全介质超表面 甲烷传感器 偏振敏感 光学传感器 中国激光
2023, 50(10): 1010001
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
2021, 50(10): 1024001
