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基于准连续域束缚态的全介质超构表面双参数传感器

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物理学报 2024年第4期73卷 272-284页

作者：刘会刚张翔宇南雪莹赵二刚刘海涛南开大学薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院电子信息实验教学中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、... 详细信息

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、品质因子、偏振依赖等表现出不同的特性.模拟计算表明,通过测量两个QBIC的谐振波长,能够实现折射率和温度的双参数传感;通过调节不对称参数,利用QBIC的品质因子依赖于不对称参数的二次方反比关系,理论上能够提高品质因子到任意的数值,从而实现传感性能的提升和调节.该超构表面的折射率传感灵敏度、品质因子和优值分别达到194.7 nm/RIU,45829和8197,其温度传感灵敏度达到24 pm/℃.

关键词：超构表面准连续域束缚态对称破缺折射率传感温度传感

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弹性光网络分层流量疏导优化方法(特邀)

光通信研究 2024年第5期 44-49页

作者：郝志芃杨慧洁陈虹高明义鞠卫国陈伯文苏州大学电子信息学院中通服咨询设计研究院有限公司信息与通信技术研究所

【目的】随着云计算、大数据和数据中心(DC)等技术的迅猛进步，DC的规模与数量正在持续扩张和增长，网络的带宽资源和能耗也在急速增长。如何有效减少网络带宽资源与能耗受到广泛关注。文章旨在减少网络能耗和提高网络频谱资源利用效率... 详细信息

【目的】随着云计算、大数据和数据中心(DC)等技术的迅猛进步，DC的规模与数量正在持续扩张和增长，网络的带宽资源和能耗也在急速增长。如何有效减少网络带宽资源与能耗受到广泛关注。文章旨在减少网络能耗和提高网络频谱资源利用效率。【方法】考虑工作网络能耗元件特点、频谱资源分配方式和不同调制格式选择，文章采用自适应流量疏导方法和频谱分层方式，提出了弹性光网络的距离自适应分层流量疏导方法(DSGM),把频谱资源划分成不同频谱层进行网络流量疏导。一方面，根据距离自适应调制方法选择不同频谱效率的调制格式；另一方面，根据频谱分层流量疏导方式，对每一条光纤的空闲频谱资源按不同速率的光通道进行分层，通过光纤链路剩余带宽资源，来选择合适的光通道进行流量疏导，优化频谱资源的使用。为了方便比较，文章引入了频谱分层流量疏导方法(SSGM)、传统流量疏导方法(TTGM)和没有流量疏导的传统方法(TMWG)。【结果】仿真结果表明，与SSGM、TTGM和TWGM相比，文章所提DSGM能明显降低弹性光网络能耗，减少网络的阻塞率，提高资源利用效率。【结论】通过文章所提弹性光网络分层流量疏导优化方法，实现了网络能耗与频谱资源优化的目标。

关键词：数据中心弹性光网络流量疏导距离自适应调制

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基于Fano共振的全介质超表面双参数传感器

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中国激光 2024年第2期51卷 162-170页

作者：南雪莹刘会刚刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态... 详细信息

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU^(-1),优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^(-1)和42.71 pm·℃^(-1)。

关键词：传感器 Fano共振全介质超表面折射率传感温度传感

基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的检测

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中国生物医学工程学报 2024年第2期43卷 183-195页

作者：卫瑚玥李杜娟崔治莲樊凯杨伟煌刘红英李丽丽吴薇王高峰杭州电子科技大学电子信息学院杭州310018 智能微传感器与微系统教育部工程研究中心杭州310018 杭州电子科技大学自动化学院杭州310018

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物... 详细信息

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的高灵敏检测。首先,采用剪切剥离法制备少层MoS_(2)纳米片,并对制备条件进行优化,以制备横向尺寸较大、厚度均匀的少层MoS_(2)纳米片;其次,通过分散液吸光度的变化研究少层MoS_(2)纳米片在高浓度盐溶液中的加速聚集沉淀行为;然后,基于MoS_(2)纳米片对单链DNA的吸附力,研究了单链DNA对于盐诱导沉淀少层MoS_(2)纳米片的抑制作用;最后,利用杂交形成的双链DNA从少层MoS_(2)纳米片上脱落而导致的分散液吸光度的变化构建光学生物传感器,并通过cpDNA与不同浓度的ctDNA杂交对该传感器的性能进行检测。结果表明,当cpDNA浓度为100 nM时,浓度范围在25~100 nM的ctDNA与少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度呈反比线性关系。在401和448 nm波长处时,少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度与ctDNA浓度的线性回归方程分别为Y=0.23557-0.00070X,R^(2)=0.94222和Y=0.21253-0.00050X,R^(2)=0.95141。所构建的光学生物传感器成功地实现了对癌症标志物ctDNA的检测;为未来的体外癌症检测和诊断提供了一种有效的传感策略。

关键词：少层MoS_(2)纳米片 ctDNA 生物传感器紫外光谱

光电压瞬态技术：实时分析膜界面动态过程的新手段

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物理学报 2024年

作者：窦玉江李文文魏裕双杨恺元冰东莞职业技术学院电子信息学院松山湖材料实验室苏州大学物理科学与技术学院软凝聚态物理及交叉研究中心

活性分子与细胞膜之间的相互作用在许多基本的生物过程中扮演着至关重要的角色，然而如何实现对此界面动力学过程的原位、实时、无标记且无侵入监测仍是生物物理研究领域所面临的一大挑战. 我们与合作者开发的光电压瞬态技术，为解决这... 详细信息

活性分子与细胞膜之间的相互作用在许多基本的生物过程中扮演着至关重要的角色，然而如何实现对此界面动力学过程的原位、实时、无标记且无侵入监测仍是生物物理研究领域所面临的一大挑战. 我们与合作者开发的光电压瞬态技术，为解决这一问题提供了一种新途径. 该技术利用硅片光电响应生成电荷，并将磷脂膜的充放电过程记录为电压瞬态脉冲、建立了该充放电过程与界面瞬时结构和性质之间的关联性. 因此，通过对随时间演化的电压脉冲进行分析，可以揭示活性分子作用下膜结构实时动态变化情况，尤其是不同作用状态之间转换的时间信息，可作为传统技术的有益补充. 同时，该技术设备搭建成本低廉，操作方便，无需复杂的数据处理过程. 本综述概述了光电压瞬态技术的工作原理、设备搭建以及数据处理方法，并以经典细胞膜模型—磷脂双层膜为例，总结了该技术在探索磷脂膜水合特性及其与活性分子（如表面活性剂、聚合物、多肽和纳米颗粒）相互作用机制方面取得的最新进展. 最后就该技术优缺点进行讨论并展望未来发展前景.

关键词：光电压瞬态技术细胞膜界面动力学过程多肽-脂质相互作用支撑脂质双层膜

基于法布里-珀罗腔的可调谐连续域束缚态及应用研究

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物理学报 2024年

作者：任洋李振雄张磊崔巍吴雄雄霍亚杉何智慧延安大学物理与电子信息学院光电信息与转换中心

优异的光学吸收器一直具备着高品质因数和完美吸收的特性，然而，这类吸收器通常会受到传统表面等离子体共振带来的欧姆损耗，制约其在实际应用中的吸收性能。本文提出了一种基于法布里-珀罗腔的可调谐连续域束缚态（bound state in the... 详细信息

优异的光学吸收器一直具备着高品质因数和完美吸收的特性，然而，这类吸收器通常会受到传统表面等离子体共振带来的欧姆损耗，制约其在实际应用中的吸收性能。本文提出了一种基于法布里-珀罗腔的可调谐连续域束缚态（bound state in the continuum，简记为BIC），通过调整模型的参数，可将BIC可以转变为准BIC，在连续谱中实现了100%的完美吸收。在本文中，采用干涉理论探究了影响完美吸收的因素，用耦合模理论和阻抗匹配理论对准BIC进行了理论计算，用电场和磁场理论解释了吸收器完美吸收的物理机制。与传统吸收器相比，该吸收器具有优异的结构参数鲁棒性和广泛的BIC调控范围。更重要的是，该吸收器具有出色的传感性能，其最大灵敏度可达34 nm/RIU，最大品质因数为9.5。最后，该吸收器还实现了双频的开光性能，其中双频开关的最大调制深度和最小插入损耗分别为99.4%和0.0004 dB。这些研究结果在光子学、光通信、传感器技术等领域具有重要意义。

关键词：连续域束缚态完美吸收耦合模理论传感

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基于混合时空卷积的轻量级视频超分辨率重建

光学精密工程 2024年第16期32卷 2564-2576页

作者：夏振平陈豪张宇宁程成胡伏原苏州科技大学电子与信息工程学院江苏省工业智能低碳技术工程中心东南大学电子科学与工程学院显示技术研究中心新型显示与视觉感知石城实验室

针对三维卷积神经网络在视频超分辨率任务上具有较高的计算复杂度以及提取时空特征有限的问题，本文设计了一种基于混合时空卷积的轻量级视频超分辨率重建网络。首先，提出了一个基于混合时空卷积的模块，实现了网络时空特征提取能力的... 详细信息

针对三维卷积神经网络在视频超分辨率任务上具有较高的计算复杂度以及提取时空特征有限的问题，本文设计了一种基于混合时空卷积的轻量级视频超分辨率重建网络。首先，提出了一个基于混合时空卷积的模块，实现了网络时空特征提取能力的提升以及计算复杂度的降低；其次，提出了一个基于相似性的选择性特征融合模块，进一步增强了相关特征的提取能力；最后，设计了一种基于注意力机制的运动补偿模块，在一定程度上减轻了错误的特征融合的影响。实验结果表明：所提网络可以在视频超分辨率性能和网络复杂度之间取得很好的平衡，而且在基准数据集SPMCS-11上4倍超分辨率达到8 frame/s。所提网络满足了边缘设备推理运行中快速、准确等要求。

关键词：视频超分辨率深度学习三维卷积神经网络特征融合

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基于有限元仿真和光纤传感的隧道损伤监测

红外与激光工程 2024年第5期53卷 183-197页

作者：常天英陈星于淼崔洪亮中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055 珠海任驰光电科技有限公司广东珠海519000 电子科技大学中山学院电子信息学院广东中山528402

对苏州四号线支线红庄站至蠡墅站段地铁进行隧道结构开展静力场和动力场有限元仿真分析,并根据仿真结果和现场勘察结果,成功设计并布设了能够对隧道结构水平位移、裂缝、沉降、结构应力、结构表面应变、振动等信息进行实时监测的光纤传... 详细信息

对苏州四号线支线红庄站至蠡墅站段地铁进行隧道结构开展静力场和动力场有限元仿真分析,并根据仿真结果和现场勘察结果,成功设计并布设了能够对隧道结构水平位移、裂缝、沉降、结构应力、结构表面应变、振动等信息进行实时监测的光纤传感网络,实现了对隧道结构健康状态的实时监测,然后利用光纤传感网络反过来验证有限元模型可靠性,从而得到更准确的有限元仿真模型。最后,结合两种技术,针对该地铁中三种主要断面建立了二维有限元模型,研究了三种断面在隧道结构有损伤基础和无损伤基础的两种情况下,受到地铁列车振动荷载影响产生的混凝土结构损伤分布规律,从而更好地为地铁安全运营提供技术保障。

关键词：光纤传感技术损伤分布规律有限元仿真振动荷载有限元模型可靠性

散射增强微结构光纤及其分布式传感技术研究进展

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光学学报 2024年第1期44卷 165-179页

作者：李豪范存政肖翔鹏闫宝强陈俊峰吕悦娟闫志君孙琪真华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程研究中心武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 华中科技大学未来技术学院湖北武汉430074

分布式光纤传感器以光纤作为传输和传感融合的介质,具有高灵敏、全分布、大尺度、高分辨的独特优势,近年来受到多个应用领域研究人员的关注并逐步进入产业化。然而,现有普通单模光纤在传感信噪比与稳定性等方面仍存在局限性。以散射增... 详细信息

分布式光纤传感器以光纤作为传输和传感融合的介质,具有高灵敏、全分布、大尺度、高分辨的独特优势,近年来受到多个应用领域研究人员的关注并逐步进入产业化。然而,现有普通单模光纤在传感信噪比与稳定性等方面仍存在局限性。以散射增强微结构特种光纤为传感载体,研究其分布式传感增效机理,介绍了其自动化、高效率刻写制备技术,并重点阐述了其分布式光纤传感技术研究进展与相关应用。进一步对散射增强微结构传感光纤的未来发展潜力及应用方向进行了展望。

关键词：传感器分布式光纤传感散射增强光纤分布式声波传感光频域反射技术