PhotoniX 论文集锦：光传感专题

NO.1 

MXene Sensors Based on Optical and Electrical Sensing Signals: From Biological, Chemical, and Physical Sensing to Emerging Intelligent and Bionic Devices

MXene传感器研究进展—从传统的生物、化学、物理传感器到智能、仿生设备的应用

作者

吴雷明*，袁茜茜，唐宇轩，S. Wageh, Omar A. Al?Hartomy，Abdullah G. Al?Sehemi，杨军*，项元江*，张晗*，秦玉文*

单位

广东工业大学

论文检索

PhotoniX4, 15 (2023). https://doi.org/10.1186/s43074-023-00091-7

概述

广东工业大学秦玉文教授团队联合多家合作单位对MXene材料在传感器领域的应用发展状况进行了综述。文中总结了MXene材料在表面等离子体共振传感器、气敏传感器、应变传感器、表面增强拉曼散射传感器等9大类常见传感器中的应用。除了在常规领域的应用外，还总结了MXene传感器在仿生机器人、神经网络编码、人工耳蜗等前沿技术领域的应用。该文以“MXene Sensors Based on Optical and Electrical Sensing Signals: From Biological, Chemical, and Physical Sensing to Emerging Intelligent and Bionic Devices”为题，近期发表于光学领域权威期刊 PhotoniX。该论文第一作者为广东工业大学吴雷明博士，通讯作者为广东工业大学杨军教授，秦玉文教授，深圳大学张晗教授，湖南大学项元江教授。

NO.2

All?fiber device for single?photon detection

全光纤单光子探测器

作者

戴越，贾琨鹏*，谢臻达*，张蜡宝*，朱广浩，李慧，费越，郭雨晴，袁杭，王昊，贾小氢，赵清源，康琳，陈健，祝世宁，吴培亨

单位

南京大学，合肥国家实验室

论文检索

PhotoniX 4, 7 (2023). https://doi.org/10.1186/s43074-023-00085-5

概述

南京大学吴培亨院士团队张蜡宝教授课题组和祝世宁院士团队谢臻达教授课题组联合提出了基于“埋入-平面”工艺 （bury-and-planar-fabrication），在单模光纤端面制备出超导纳米线单光子探测器。超导薄膜对衬底有选择性，研究人员采用了高质量非晶超导薄膜MoSi，克服了超导薄膜在光纤端面的生长限制。超导纳米线在实现405nm-1550nm的宽谱响应，同时可以保持低暗计数（< 100 cps），低恢复时间（~ 15ns）。此外，研究人员探讨了优化光纤结构实现单光子探测器的高吸收率，展现了全光纤器件在单光子探测领域的巨大潜力。相关工作以“All-fiber device for single-photon detection”为题于2023年2月7日发表在 PhotoniX 上。论文通讯作者为南京大学电子科学与工程学院张蜡宝教授、谢臻达教授和贾琨鹏副研究员，戴越博士和贾琨鹏副研究员为共同第一作者，论文工作得到了吴培亨院士和祝世宁院士的悉心指导。

NO.3

CsPbBr₃/graphene nanowall artificial optoelectronic synapses for controllable perceptual learning

CsPbBr₃/石墨烯纳米墙人工光电突触的可控感知学习

作者

李润泽，董毅博，钱峰松，解意洋，陈希*，张启明，岳增记*，顾敏*

单位

上海理工大学光子芯片研究院，上海理工大学光电与计算机工程学院人工智能纳米光子学研究中心，北京工业大学光电子技术教育部重点实验室

论文检索

PhotoniX 4, 4 (2023). https://doi.org/10.1186/s43074-023-00082-8

概述

上海理工大学光子芯片研究院顾敏院士团队和北京工业大学光电子技术教育部重点实验室解意洋教授团队合作报道了一种新型的基于石墨烯纳米墙(GNWs)和CsPbBr₃钙钛矿量子点的异质结型光电突触。采用CsPbBr₃量子点作为光吸收层，GNWs作为半导体传输层，CsPbBr₃和GNWs形成异质结构。异质结构的内建电场可以有效的分离光生载流子，结合GNWs中的天然缺陷限制载流子转移，可以大幅延长载流子寿命，从而使器件具有较长的记忆时间和显著的光电流响应，基于该器件成功模拟了突触的多种关键特性，包括双脉冲异化（PPF）、长短程记忆等。感知学习是人脑通过学习来提升感知能力的过程。感知能力的提升，可以让我们分辨出声音、图像、嗅觉、味道、触觉里更加细微的变化。团队基于该器件模拟了人类视觉感知并识别手写数字的过程，结果显示在学习、遗忘、再学习的过程中，人脑对于手写数字的学习速度会逐渐加快、记忆时间也会延长，重新学习先前记忆的丢失信息通常需要较短的时间。该研究为未来人工智能系统实现更智能的多维度的感知学习提供了重要的参考价值。研究成果于2023年1月11日以“CsPbBr₃/graphene nanowall artificial optoelectronic synapses for controllable perceptual learning”为题发表于 PhotoniX。上海理工大学研究生李润泽、博士后董毅博为本文共同第一作者，顾敏院士、陈希教授和岳增记教授为共同通讯作者。

NO.4

Flexible minimally invasive coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) measurement method with tapered optical fiber probe for single-cell application

具有锥形光纤探针的单细胞灵活微侵入CARS检测方法

作者

王通，江俊峰*，刘琨，王双，钮盼盼，刘译泽，刘铁根

单位

天津大学

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PhotoniX3, 11 (2022). https://doi.org/10.1186/s43074-022-00058-0

概述

相干反斯托克斯拉曼散射光谱（CARS）技术是一种无标记的和化学特异性强的探测方法，其在单细胞水平光学检测方面具有很好的应用前景。天津大学江俊峰教授、刘铁根教授课题组在 PhotoniX 发表论文“Flexible minimally invasive coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) measurement method with tapered optical fiber probe for single-cell application”。文中，作者开发了面向单细胞应用、灵活微侵入锥形光纤探针的CARS探测技术。光纤探针代替传统的大数值孔径物镜实现待测目标内部的CARS信号激发。锥形光纤探针可直接将CARS激发光输送到待测目标内部并激发CARS信号，样品的前向CARS信号被激发后被接收光纤收集。实验中采用空心玻璃球模拟细胞应用场景，通过插入模拟细胞实现其中多种化学物质测量，从概念上证明了光纤探针具备探测细胞内的碳氢键及其浓度的能力。该工作将来有望用于在体活细胞微侵入检测。

NO.5 

Liquid crystal-amplified optofluidic biosensor for ultra-highly sensitive and stable protein assay

用于超高灵敏稳定蛋白质检测的液晶增强光流体生物传感器

作者

王子一慧，刘译泽，龚朝阳，袁知怡，沈亮，常鹏翔，刘琨，徐天华*，江俊峰*，陈又诚，刘铁根*

单位

天津大学

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PhotoniX2, 18 (2021). https://doi.org/10.1186/s43074-021-00041-1

概述

蛋白质分析在医学研究和疾病诊断中具有重要意义。液晶作为一类敏感材料，在生物传感领域具有广阔的应用前景。天津大学刘铁根、江俊峰教授团队在 PhotoniX 发表论文“Liquid crystal-amplified optofluidic biosensor for ultra-highly sensitive and stable protein assay”。文中，作者开发了一种基于液晶放大光流体谐振器的生物传感器，并以光谱波长漂移作为传感参数。微泡结构为液晶提供了稳定的高Q因数回音壁模式谐振腔。蛋白质分子触发了与光-物质的相互作用和液晶的取向转变，这两种效应同时放大了目标信息，促进灵敏的波长偏移。微泡壁厚对提高传感器的灵敏度也起关键作用。实验证明，传感平台对牛血清白蛋白的检测限达到1 fM。与传统偏光显微镜检测相比，灵敏度提高了7个数量级。此外，该工作还研究了多种蛋白质和特异性生物传感，证明了液晶增强光流体谐振器在生物检测中的潜力。

NO.6 

Review：Distributed time-domain sensors based on Brillouin scattering and FWM enhanced SBS for temperature, strain and acoustic wave detection

光纤感知世界：分布式布里渊时域传感系统的研究进展

作者

Xiaoyi Bao* (鲍晓毅*)，Zichao Zhou (周子超) and Yuan Wang (王远)

单位

加拿大渥太华大学

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PhotoniX2, 14 (2021). https://doi.org/10.1186/s43074-021-00038-w

概述

分布式时域布里渊光纤传感器已广泛应用于温度和应变的测量。温度和应变与布里渊频移的线性关系使得基于布里渊增益谱映射的分布式温度和应变传感得以实现。此外，四波混频(FWM)相关联的受激布里渊散射过程可以检测到声波，其中受激布里渊散射过程在不同的传输轴通过双折射相干的相位匹配条件进行上下转换。布里渊散射可以看作是移动光栅(声子)对泵浦波的散射，在由此产生的斯托克斯波中引起多普勒频移。该过程可用于分布式温度和应变的测量，监测基于受激布里渊散射的随机光纤激光器的增益，以及激光增益介质内部的相对强度噪声。加拿大渥太华大学鲍晓毅院士团队2021年7月30日在 PhotoniX 发表综述“Review: distributed time-domain sensors based on Brillouin scattering and FWM enhanced SBS for temperature, strain and acoustic wave detection”。文章介绍了基于布里渊散射的分布式时域传感系统，包括布里渊光时域反射计(BOTDR)、布里渊光时域分析仪(BOTDA)和基于四波混频增强的受激布里渊散射用于声波探测的工作原理和最新进展。