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植入式荧光内窥显微技术及其在活体脑成像中的应用(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 295-313页

作者：林方睿张晨爽连晓倩屈军乐深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室广东深圳518060

高时空分辨可视化技术是脑科学研究的重要工具。荧光显微成像技术在特异性、多样性、图像对比度和时空分辨率等方面具有显著优势,但由于光在组织中的穿透深度有限,无创的荧光成像难以在活体水平获取深层脑区神经血管单元的高分辨结构和... 详细信息

高时空分辨可视化技术是脑科学研究的重要工具。荧光显微成像技术在特异性、多样性、图像对比度和时空分辨率等方面具有显著优势,但由于光在组织中的穿透深度有限,无创的荧光成像难以在活体水平获取深层脑区神经血管单元的高分辨结构和功能信息。因此,在脑科学研究中,荧光内窥显微成像技术受到越来越多研究者的青睐。得益于相关科学技术的发展,内窥镜探头在保持高性能的同时,实现了小型化并提供了更大的灵活性,可以植入活体大脑的不同深度处,开展特定深层脑区的功能调控研究。本综述介绍了基于梯度折射率透镜和单根多模光纤这两种探头的植入式荧光内窥显微成像技术及其发展和迭代进程,概述了它们在高分辨活体脑成像研究中的应用,以及在临床神经外科手术中的初步探索性应用。最后,展望了荧光内窥脑成像技术未来的发展前景。

关键词：显微荧光内窥显微成像活体脑成像梯度折射率透镜多模光纤

MOFs基微流控电化学芯片对多种重金属离子的实时在线检测

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高等学校化学学报 2024年第2期45卷 25-34页

作者：陈晓萍王旭潭刘宁汪庆祥倪建聪杨伟强林振宇闽南师范大学化学化工与环境学院漳州363000 福建省现代分离分析科学与技术重点实验室污染监测与控制福建省高校重点实验室漳州363000 福州大学食品安全与生物分析教育部重点实验室福建省食品安全分析与检测技术重点实验室福州350108

将具有丰富微孔的ZIF-8金属有机框架和电化学技术对金属离子的富集作用与微流控器件对溶液流动的可控性相结合,构建了一种新型传感器,实现了高通量、实时和快速检测环境中的多种金属离子污染物.研制的ZIF-8-Nafion/ITO基微流控电化学传... 详细信息

将具有丰富微孔的ZIF-8金属有机框架和电化学技术对金属离子的富集作用与微流控器件对溶液流动的可控性相结合,构建了一种新型传感器,实现了高通量、实时和快速检测环境中的多种金属离子污染物.研制的ZIF-8-Nafion/ITO基微流控电化学传感器对Cd^(2+),Pb^(2+)及Hg^(2+)离子在0.1~100μmol/L的浓度范围内具有良好的线性关系,检出限分别为0.055,0.0025及0.0016μmol/L(S/N=3).该微流控芯片对于样品的需求量少,可降低对能源的消耗;同时由聚二甲基硅氧烷拓印的微流控器件还有望实现柔性电极的功能,对便携式电化学柔性器件在生物和环境样品的集成化和自动化检测具有重要意义.

关键词：微流控重金属检测电化学传感器金属有机框架

基于视觉定位引导的相机偏移像素坐标矫正方法

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 181-190页

作者：涂钊钟剑锋魏崴池守疆刘东明郭贵勇钟舜聪福州大学机械工程及自动化学院福建省太赫兹功能器件与智能传感重点实验室福建福州350108

针对机器视觉定位引导系统中外界因素导致eye-in-hand方案的相机细微偏移的问题,提出一种相机偏移像素坐标矫正方法。为消除相机偏移对初始标定参数的影响,基于针孔相机投影模型,建立相机偏移像素坐标估计模型;通过设计相机确认位划分... 详细信息

针对机器视觉定位引导系统中外界因素导致eye-in-hand方案的相机细微偏移的问题,提出一种相机偏移像素坐标矫正方法。为消除相机偏移对初始标定参数的影响,基于针孔相机投影模型,建立相机偏移像素坐标估计模型;通过设计相机确认位划分图像区域,解析每个子区域中描述相机偏移模型的参数;以物体特征点偏移后像素坐标为已知条件,求解其偏移前像素坐标,以保证初始标定参数的有效性。实验结果表明,相机偏移像素坐标矫正方法能够有效修正螺栓通孔固定的相机偏移引起的像素坐标误差,修正误差在1 pixel以内。

关键词：机器视觉数字图像相关相机偏移修正像素

新型高增益氟硫改性磷酸盐光纤及L波段光纤激光

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 655-664页

作者：朱金钟姬瑶黎仲贤耿鑫张勤远华南理工大学物理与光电学院发光材料与器件国家重点实验室广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室广州510640

L波段(1565~1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求.稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题.然而,目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发... 详细信息

L波段(1565~1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求.稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题.然而,目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发光效率低、增益系数低等问题,严重制约着光纤激光器的性能提升.因此,探索在L波段具有优异放大能力的新型高增益介质是该领域的主要挑战之一.本文报道了一种新型Er^(3+)/Yb^(3+)共掺氟硫改性磷酸盐(FSP)激光玻璃光纤及其L波段光纤激光输出.结果表明,FSP玻璃光纤为稀土离子提供了丰富的配位环境,具有高增益与宽带宽的特性.Er^(3+)/Yb^(3+)共掺FSP玻璃光纤品质因子为5.7×10^(-23)s cm^(2),增益带宽为49.7×10^(-27)cm^(3),峰值净增益系数达5.3 dB cm^(-1)@1540 nm,在1600 nm波段的增益系数可达2.4 dB cm^(-1).基于超短长度(1 cm) FSP光纤即可实现中心波长为1617 nm的L波段激光输出.此外,FSP玻璃光纤还具有弹性模量高(>80 GPa)、抗析晶稳定性好(>200℃)和化学稳定性强(溶解速率<0.2×10^(-7)g cm^(-2)min^(-1))等优势.研究表明,新型高增益FSP光纤具有优异的长波放大性能,为L波段超短线性腔光纤激光器所需的增益材料提供了解决方案.

关键词：激光玻璃磷酸盐光纤氟硫改性磷酸盐光纤光纤激光器

低功率STED超分辨显微成像技术研究进展及展望

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中国激光 2024年

作者：周浩贤王璐玮张仁龙林方睿刘丽炜屈军乐深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室

受激辐射损耗（Stimulated emission depletion, STED）是一种功能强大的远场超分辨显微成像技术，已广泛用于细胞和组织切片等生物样品的超分辨成像。通过增加损耗激光的功率，可以显著提高STED超分辨成像的空间分辨率和成像深度。然... 详细信息

受激辐射损耗（Stimulated emission depletion, STED）是一种功能强大的远场超分辨显微成像技术，已广泛用于细胞和组织切片等生物样品的超分辨成像。通过增加损耗激光的功率，可以显著提高STED超分辨成像的空间分辨率和成像深度。然而，过高的激光功率会引起严重的光漂白及对生物样品的光毒性。因此，如何在保证成像质量的同时，有效降低STED超分辨成像所需的损耗激光强度，是目前STED技术在生物成像领域面临的关键挑战。本文从STED成像的基本原理出发，分别从STED探针、单分子定位、图像处理和时间分辨探测等四个方面探讨了实现低功率STED超分辨成像的策略。通过对以上四种策略及其优缺点的深入分析，为STED技术在生物学领域的应用提供有价值的参考和指导。

关键词：超分辨成像受激辐射损耗损耗光功率纳米探针荧光寿命

有机电化学晶体管及其在生物电子学领域的应用进展

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中国科学：化学 2024年第4期54卷 594-618页

作者：陈子琛陈帅张秀娟揭建胜苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM) 江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室苏州215123

有机电化学晶体管(organic electrochemical transistor,OECT)具有高跨导、低工作电压和高灵敏度等特点,在逻辑电路、传感器件、健康检测和仿生电子等领域显示出广泛的应用潜力.OECT器件采用独特的液态电解液结构,赋予其优异的水介质稳... 详细信息

有机电化学晶体管(organic electrochemical transistor,OECT)具有高跨导、低工作电压和高灵敏度等特点,在逻辑电路、传感器件、健康检测和仿生电子等领域显示出广泛的应用潜力.OECT器件采用独特的液态电解液结构,赋予其优异的水介质稳定性和生物兼容性,能够将微弱的离子和生物信号放大并转换为电学信号输出,因此在生物电子学领域具有内在的应用优势.本文综述了近年来OECT器件在生物电子学领域的研究进展与发展现状,从OECT器件的结构和工作原理出发,重点介绍了OECT技术在生物生理信号监测、生物化学传感和仿生神经形态方面的应用进展,最后讨论了OECT技术在生物电子学领域中仍存在的关键挑战和未来发展方向.

关键词：有机电化学晶体管生理学信号监测生物化学传感器仿生电子离子掺杂

数字集成电路电离总剂量辐射效应原位测试系统的研究与实现

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核电子学与探测技术 2024年

作者：张兴尧孙静郭旗李豫东荀明珠文林中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室新疆理化技术研究所新疆电子信息材料与器件重点实验室

电离总剂量效应将会导致数字集成电路电参数超差，甚至功能失效。目前数字集成电路的电离总剂量效应试验主要采用移位测试，移位测试需要一定时间将器件移动到测试机上进行测试，移动耗费的时间将导致器件有不同程度的退火，同时只有在... 详细信息

电离总剂量效应将会导致数字集成电路电参数超差，甚至功能失效。目前数字集成电路的电离总剂量效应试验主要采用移位测试，移位测试需要一定时间将器件移动到测试机上进行测试，移动耗费的时间将导致器件有不同程度的退火，同时只有在移位测试过程中才能获得辐射效应数据，相较于在线原位测试数据量较少。数字集成电路测试系统采用PXI系统，系统内装配数字向量测试模块和电源量测模块，同时编写了测试软件和制作了测试板。通过对一款NAND Flash存储器进行在线原位辐照测试，测试结果满足对数字集成电路在X射线辐照过程中的DC、AC及功能测试要求。系统的装备应用为未来应用到各种加速器或其他辐射源的数字集成电路的在线测试奠定了基础。

关键词： X射线辐射效应原位测试 NAND Flash存储器

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应用于高功率密度LED光源的光回收透镜

激光与光电子学进展 2024年

作者：曹达煜张志清许毅钦古志良朱峻峰王梦宇王兆勇刘宏展广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室华南师范大学信息光电子科技学院广东省科学院半导体研究所

光回收是开发高功率密度非相干光源的一种方法，兼具高挑战性和高效率。然而，传统光回收通道的加工难度和成本较高，限制了其广泛应用。为此，我们提出了一种球面加镀反射膜光回收透镜，该透镜采用了易于建模和加工的设计方法。该透镜... 详细信息

光回收是开发高功率密度非相干光源的一种方法，兼具高挑战性和高效率。然而，传统光回收通道的加工难度和成本较高，限制了其广泛应用。为此，我们提出了一种球面加镀反射膜光回收透镜，该透镜采用了易于建模和加工的设计方法。该透镜可灵活组合和搭配，适用于任意波长的LED芯片，尤其适合高功率密度的LED应用。我们对工业和医学荧光检测领域常见的365nm、385nm和455nm三种波长进行了仿真与实验对比。其中，385nm波段远场功率密度增强实测值为19.56%-25.19%，可以满足某些企业对于光源功率密度增长的需求。这项工作创新性地展示了一种高功率密度透镜的设计方法，并给出了一种具有高功率密度的光回收通道的实验过程。得益于实验结果的分析与论证，这一概念为照明企业设计者们提供了新的路径和设计思路，具有潜在的高经济效益。

关键词：光回收高功率密度非相干光源透镜

飞秒激光直写多芯FBG及耦合波导的二维矢量位移传感研究

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中国激光 2024年

作者：樊宇包维佳廖常锐王义平深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室人工智能与数字经济广东省实验室(深圳)

本文提出了一种利用单通道测量多路信号的多芯FBG二维矢量位移传感结构，该传感结构的主体基于飞秒激光直写技术制备。通过在多芯光纤的中间芯和侧芯中分别刻写FBG，并进一步制备能够连接中间芯与侧芯的直耦合波导，可以实现单个纤芯复... 详细信息

本文提出了一种利用单通道测量多路信号的多芯FBG二维矢量位移传感结构，该传感结构的主体基于飞秒激光直写技术制备。通过在多芯光纤的中间芯和侧芯中分别刻写FBG，并进一步制备能够连接中间芯与侧芯的直耦合波导，可以实现单个纤芯复用多路传感光信号的功能，因此能够避免扇入扇出器件的使用。基于该传感结构，进行了方向角为0-360°的二维矢量位移传感测试，并对方向角的测试结果进行了计算重构，比较了实际施加角度与计算重构角度之间的误差。并且，测试了传感器在不同位移量大小下的方向响应，结果表明传感器始终遵循着近似正弦分布的方向响应。最后，测试了传感器在不同方向角下的位移响应，得到最大位移灵敏度约为0.28 nm/mm。

关键词：矢量位移传感飞秒激光直写多芯光纤光纤布拉格光栅波导