光纤微

在近期举办的“国际光纤微弯损耗测试方法研讨会”上，帝斯曼光纤材料研发总监史蒂夫施密德向记者透露，帝斯曼在2009年提交了光纤微弯损耗测试方法和标准的立项工作，有望在2011年出台初步的测试标准。 　　随着光纤网络的不断发展，光纤微弯耗损已变得不容忽视。光缆的损耗，是导致网络故障发生的主要原因，网络故障很大程度上提升了运营商网络成本。 　　Telcordia公司的首席顾问奥斯曼盖比兹利奥卢博士在会上表示，中国通信业经过这么多年的发展，越来越多的光纤网故障证明了由于微弯和其他材料造成的损耗，对整个网络造成非常严重的损失。因此，在采购过程中必须建立一个光纤微弯测试标准，以此来保证所用光纤的性能。 　　据史蒂夫施密德透露，帝斯曼一直致力于光纤微弯标准制定，在北美，光纤微弯测试标准已提交TIA组织，目前在搜集及提交相关的数据 在欧洲，帝斯曼重新启动了微弯标准测试方法的探讨工作，工作有望与北美地区同步进行 而目前在国内，帝斯曼在2009年已向通信标准化协会提交了相应的测试方法和标准的立项工作，在2011年有望出台初步的测试标准。 　　另外，据帝斯曼迪索亚太区销售总监、总经理林为斌透露，目前帝斯曼在全球涂料市场的占有率已经达到了80%，抗微弯涂料的市场占有率目前也在50%以上。

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p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 现代社会，宠物猫是许多人家中的一分子，关怀猫咪的健康也是饲养者的责任。可是猫不会说话，饲养者工作忙碌时，难免忽略了猫咪在行为中展现的疾病征兆，尤其是猫咪健康的头号杀手-肾病，最需要被早发现，早治疗。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在科技部专题计划的支持下，台湾交通大学光电系冉晓雯教授，交通大学物理所孟心飞教授与高雄中兴动物医院黄明如副院长合作，针对猫肾病的体外检测技术进行开发，只要使用一般市售猫砂，就可以成功分析出猫尿尿素的浓度，从而获取猫的肾病状况，检测系统为团队过去多年建立的双光纤微反应槽技术，由两根光纤搭配3D打印的检测槽，以低成本的电子元件组装，即可进行即时检测，这是首次从一般猫砂中可以检测猫肾病的独创技术。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 514px height: 366px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/093067e8-ad58-4293-91e7-18d49e569580.jpg" title=" most.jpg" alt=" most.jpg" width=" 514" height=" 366" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近几年来，许多研究团队开发出各种人体疾病的体外检测技术，然而相较之下，动物疾病的体外检测技术仍相对缺乏。动物的病征常常不够明显，等到主人发现动物出现明显的行为变化时，病况通常已经相当严重。因此，若能开发动物可以使用的疾病检测工具，有助于早发现早治疗。然而，体外检测通常依赖尿液、唾液或呼气，在动物身上，要取得这些检体并不容易，因此，开发出可以有效搜集检体进行检测的方法是此类技术发展的关键。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在家猫当中，肾病是最普遍的疾病，根据推测，超过一半的10岁以上宠物猫患有慢性肾脏病。倘若能有居家监测工具，宠物猫的健康也会更有保障，猫的呼气、唾液、尿液均不易取得，因此团队使用过去多年开发的双光纤微反应槽做为尿素检测工具，使用一般市面上常用的猫砂，待吸收猫尿后经过加水稀释过滤，分析其尿液尿素，经过半年的研究，发现此猫砂分析方法确实能反应猫的肾病状况，可以提供动物诊所或居家使用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 514px height: 269px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/e2deb459-b1c8-4067-8c24-f2ac8021bda9.jpg" title=" 台湾交大.jpg" alt=" 台湾交大.jpg" width=" 514" height=" 269" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这款便携式可即时反应的双光纤微反应槽尿素检测工具过去已成功应用于慢性肾脏病患者人体临床实验中的唾液尿素检测，并于2019年在《生物传感器与生物电子学》（Biosensors and Bioelectronics）上发表，该工具仅需使用半颗米粒大小的唾液就可进行即时检测，且克服了传统光纤生化传感器会因为光纤对位不准所造成的信号偏移问题，研究团队的双光纤微检测槽只需靠着3D打印槽上的刻痕粗略对位，就能确保系统传感特性的稳定性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前，适合居家简易操作的尿素检测棒也正在发展中，将引入冉晓雯团队与法国国家科研中心（CNRS）米卢斯材料科学研究所Olivier Soppera共同指导的光直写半导体制程技术，此技术可以很容易地在塑胶棒上面制作出半导体元件，已发表的系列工作包含使用深紫外激光制备铟镓锌氧化物晶体管，使用双光子近红外激光使二氧化钛溶液产生具有导电性能的石墨烯碳颗粒，结合这些光直写技术，研究团队预计2020年内可完成尿素检测棒，提供居家易操作的猫砂检测。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上述跨领域甚至跨国的研究成果，部分已发表于《生物传感器与生物电子学》(Biosensors and Bioelectronics)以及《先进材料》(Advanced Materials)期刊，这些成果对于未来拓展动物体外检测以及人体唾液/尿液中各类分子的检测有很大的帮助。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 参考资料： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.03.007" target=" _blank" https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.03.007 /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1002/adma.201805093" target=" _blank" https://doi.org/10.1002/adma.201805093 /a /p

导语信息关乎一切，为满足信息化数字化支撑新质生产力的创新发展目标和要求，国家层面在算力枢纽、大数据和云计算集群、“东数西算”等工程作了资源调配和长远的规划。用户层面对高质量视频和数据传输需求、对低时延的更苛刻要求、5G技术使用的接入，以及千兆光纤入户规划，对超高速互联网接入的追求似乎永无止境。低损耗光纤的研究正是为了满足高质量的数据接入需求。岛津电子探针通过搭配52.5°高取出角和全聚焦晶体波谱仪，具有高分辨率和高灵敏度的特征，可以为光通信企业及研究院的产品生产、研发、技术突破等方面，如未来的多芯或空芯的研究提供坚实的数据支持。光纤损耗小科普光纤损耗是指每单位长度上的信号衰减，单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响了传输距离或中继站间隔距离的远近，对光纤通信有着重要的现实意义。光纤之父高锟博士提出：光纤的高损耗并不是其本身固有的，而是由材料中所含的杂质引起的。之后，科研人员和光通信企业开始致力于光纤损耗降低的课题研究。根据光纤损耗，把光纤大致分为普通光纤、低损耗光纤、超低损耗光纤三类，其中，&bull 普通光纤衰减为0.20dB/km左右，&bull 低损耗光纤衰减小于0.185dB/km、&bull 超低损耗光纤的衰减小于0.170dB/km。长久以来，国外厂商在低损耗和超低损耗光纤的研究中保持领先地位。现在国内新建主干网络以及骨干网的升级改造中已有大规模低损耗光纤的部署。岛津电子探针的特点岛津电子探针EPMA通过配置统一四英寸罗兰圆半径的、兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体，以及52.5°的特征X射线高取出角，使之对于微量元素的测试更具优势，不会错过微量元素的轻微变化。【注：从微米级别空间尺度产生的元素特征X射线经过全聚焦晶体衍射后还会汇聚到微米级别范围，不会有检测信号的损失，也无需在检测器前开更大尺寸的狭缝，从而具有更高的特征X射线检测灵敏度和分辨率。】【注：高取出角可获得特征X射线试样在基体内部更短的穿梭路径，减少基体效应的影响，即更少的基体吸收更少的二次荧光等，从而具有更高的特征X射线检测灵敏度。】在远距离传输中，由于光纤材料的吸收（材料本征的紫外和红外吸收以及金属阳离子和OH-等杂质离子吸收）和散射、光纤连接以及耦合等方面造成的衰减问题难以避免，低损耗光纤的推出则为解决这一难题提供了新的思路。在骨干网改造、超高速宽带网络的建设过程中，低损耗(Low-loss optical fiber, LL)、超低损耗(Ultra-low-loss optical fiber, ULL)光纤已有大规模部署。我们使用岛津电子探针EPMA-1720测试了两种低损耗光纤。&bull 第一种光纤为单模光纤，纤芯直径10μm，掺杂Ge+F。低损耗光纤元素分布情况测试结果如下：&bull 第二种光纤纤芯为比较高纯度的SiO2，在包层区掺氟降低折射率，未掺杂常规元素Ge。定量元素线、面分布特征分析见以下系列图。超低损耗光纤元素分布情况测试结果如下：结语信息通信是重要的国家级基础设施，通信光纤建设也是重要的民生工程，对高质量数据通信要求都在不断提高。目前骨干超高速400G、800G乃至1T的工程规划都给光通信企业带来机遇和挑战，研发和生产亦是永无止境。岛津电子探针有着高灵敏度和高元素特征X射线分辨率的特性，能够为光通信企业及研究院的产品开发、技术突破等方面提供可靠的检测和分析手段。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。　　在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。美国海洋光学公司的微型光纤光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。　　微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。　　微型光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。那么微型光纤光谱仪在选型时有哪些必须要注意的呢？　　① 光学分辨率　　光学分辨率是配置微型光纤光谱仪时经常被考虑的主要因素之一。当用户为了追求微型光纤光谱仪的高分辨率时，在选型时会选择具有尽可能多像元数探测器的微型光谱仪。而实际上光学分辨率不仅仅由探测器的像元数决定，还与狭缝宽度和光栅的刻线密度有关。所以当讨论分辨率时，通常用色散或用波长范围除以像元数。　　半高全宽值(FWHM)，即最大峰值光强一半处所对应的谱线宽度是一种表述分辨率更好的方法(见上图)。用FWHM可以对不同光谱仪的实际光学性能进行直接对比。用这种表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光栅并没有用到全部像元 采用交叉式Czerny-Turner光路设计的光谱仪中，光学系统不能把狭缝清晰地成像在探测器上，这是由于光路中过大的反射角和固有的系统放大倍率造成的。 　　② 灵敏度　　灵敏度是配置光谱仪时所需要考虑的另一个因素。现在的主流微型光纤光谱仪都采用线阵探测器，所以灵敏度跟像素数没有任何关系。但面阵探测器例外，因为面阵探测器在垂直方向的每个像素都会被累积，在某种意义上垂直方向上的所有像素的累积可以被看成一个更大的像素。因此，在考虑某种应用对灵敏度的要求时，更重要的是看探测器的响应曲线。下图中给出了海洋光学微型光纤光谱仪采用的两种典型探测器的灵敏度响应曲线。　　③信噪比　　信噪比也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。对于CCD光谱仪，较高的灵敏度导致了较低的信噪比。在一定范围内，可以通过对光谱进行多次平均来提高信噪比。平均次数的平方根恰好是信噪比提高的倍数。例如，光谱平均100次，信噪比能提高10倍。有些应用需要较高的信噪比，此时用户应当比较在光谱仪中的光学平台和探测器的综合信噪比。需要强调的是，用户一定要搞清楚厂家给出的信噪比是不是整个光谱仪系统的信噪比，因为只有整个光谱仪系统的信噪比才是最重要的。一个信噪比高的探测器配一个性能不高的光路，那么它的高信噪比就没有实际意义。比较不同探测器和微型光纤光谱仪间的信噪比的比较好的方法是：测量100次，然后对每个像元计算平均值和标准偏差，信噪比等于平均值除以标准偏差。测量信噪比时，信号强度应当接近饱和，并设置正确的平滑值(如果需要的话)。　　④ 光栅选择　　光栅选择是最比较复杂的。通常有两个因素决定了光栅的选择：波长范围和光学分辨率。波长范围受限于所选择的探测器或光栅，或二者都有。光学分辨率不仅受限于光栅，还受限于狭缝宽度和探测器的像元数和像元尺寸。还要考虑第三个因素，即光栅还会影响系统的灵敏度，这是因为不同的光栅的闪耀波长(即最高效率)位置各不相同。当对系统进行最优化配置时，最好查看一下光栅的效率曲线。下图中是海洋光学微型光纤光谱仪采用的几种典型的600线/mm光栅的效率曲线，效率最高点从紫外区到近红外区。　　⑤ 狭缝　　狭缝了也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。微型光纤光谱仪有多种狭缝尺寸供您选择，狭缝安装在光纤接头处(见图)，并且被永久的固定在光谱仪上。有两点需要记住，狭缝越小，光学分辨率越高 狭缝越大，进入光学平台的光通量越多，即灵敏度越高。从本质上说，需要折中兼顾光谱仪的分辨率和灵敏度。　　　　⑥ 其他　　选择微型光纤光谱仪的其他选项会相对容易一些。例如可以选择升级UV4探测器后，探测器上的标准BK7窗片将会被石英窗片替代，用来增强海洋光学微型光纤光谱仪在波长340nm以下紫外区的响应能力。而其它探测器，比如薄型背照式CCD或CMOS则不需要这个选项。而为了避免二、三级衍射效应的影响，可以通过在位于狭缝与消包层模式孔之间的SMA905连接器中安装长通滤光片或在探测器的窗口处安装OFLV消除高阶衍射滤光片。　　正如上面介绍的几个因素所表明的，通过一些简单的步骤就就可以配置好满足您应用的微型光纤光谱仪。除了光谱仪，我们可能还需要考虑种类纷杂的光源和采样附件。

飞博盖德为双子南座天文望远镜制造光纤阵列。2016年2月18日，美国新泽西州的斯特灵市传来消息，英国豪迈的定制光纤品牌“飞博盖德”（www.fiberguide.com.cn）已经在新双子南座天文望远镜（GHOST）中制造光纤阵列。澳洲天文台（AAO）是该项目的建造商和领导机构。飞博盖德的光纤阵列采用了最先进的制造技术，此次项目中的光纤阵列采用的就是这项技术。由飞博盖德生产的高质量、高性能的光纤阵列成为该项目成功的关键。届时，双子南座天文望远镜将配备双目标大面积全波长光谱望远镜，其覆盖范围介于363~950 nm，分辨率介于50000~75000。新的双子南座天文望远镜由澳洲天文台建造。每根飞博盖德的光纤均携带一部分来自星体的光束，从而尽量减少了因大气模糊造成的损失。通过采用飞博盖德专有的制造技术，以及其在天文学、安全和数据通信类型光纤阵列的丰富经验，可以减少传统光纤的指向误差和插入损耗等问题。新的天文观测仪器可使观察者更高效地观测夜空。双子南座天文望远镜的项目负责人安德鲁?舍伊尼斯说：“双子南座望远镜是世界上最大也是最成功的世界级双子望远镜仪器，而飞博盖德的光纤一直是澳洲天文台在望远镜科技发展中不可或缺的组成部分。一旦该项目交付，双子南座望远镜将为我们提供更多了解宇宙的机会，例如发现与研究太阳系外行星”。双子南座天文望远镜能够为了解双子南座天空提供无与伦比的便利，并进一步加强认识宇宙的机会。欲详细了解飞博盖德的应用于天文的产品，或光纤阵列和光纤束建设的专门知识，请访问飞博盖德的中文官方网站。关于飞博盖德和英国豪迈：美国飞博盖德工业有限公司（Fiberguide）生产多种工业标准的和按需定制的高传输光纤和超精密光阵列。公司经过美国食品和药品管理局登记注册，被确定为合同制造商和定制设备制造商。飞博盖德的光纤工厂位于美国新泽西州的斯特林（Stirling），同时在爱达荷州的卡德维尔（Caldwell）也有制造/装配厂。飞博盖德是英国豪迈（Halma）的子公司，隶属于豪迈的环境与分析事业部。1894年创立的英国豪迈如今是全球安全、医疗、环保产业的投资集团，伦敦证券交易所的上市公司，富时指数的成分股。集团在全球有5000多名员工，近50家子公司，在中国的上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处，并在多地建立了工厂。欲了解更多公司信息，请关注英国豪迈官方微博（www.weibo.com/halma）和官方微信（HALMACHINA）。业务合作联系人：谈理（Teddy Tan）飞博盖德大中华区销售经理电话：021 - 60167698邮箱：ttan@fiberguide.com媒体联络联系人：陆瑶 （Lucas Lu）英国豪迈中国区公关经理电话：021 - 60167667电邮：lucas.lu@halma.cn

2011年11月29日 14:30-15:30，海洋光学在仪器信息网上成功举办了“微型光纤光谱仪在宝石鉴定中的应用”在线语音研讨会，对此次报名关注的近100名观众，海洋光学致以最诚挚的感谢。本次研讨会主要介绍了基于海洋光学光谱仪进行反射测量的全波长光谱分析仪------GEM-3000珠宝检测仪。通过快速有效地检测数百种珠宝的光谱反射特征曲线，对比标准珠宝谱图来判定珠宝样品是否染色及真伪。相对于传统光谱法检测珠宝，GEM-3000具有检测速度快，可对任意形态任意大小样品做无损检测，长波紫外检测稳定性好的特点，特别适用于珠宝质检机构及珠宝商用于金珍珠、黑珍珠、红珊瑚、钻石、蓝宝石、翡翠等珠宝的真伪鉴定。填补了珠宝行业目前无法无损检测金珍珠和黑珍珠的空白视频回放请点击：http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInfo.asp?infoID=30512月海洋光学还将以开展分别以太阳能模拟器、拉曼光谱仪、膜厚测量、球\平面光学器件测试系统为主题的在线研讨会，了解最新信息请关注：http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20111202/3683816/如果您想进一步了解光纤光谱仪及其应用，如果你有更好的建议和意见希望和我们分享，请关注我们的论坛：http://bbs.instrument.com.cn/forum_653.htm 总部位于达尼丁,佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。自1989年以来，已有近200,000台海洋光学的光谱仪被应用于各行各业。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、传感器、光纤、薄膜和光学元件等等。 更多详情，请点击www.oceanopticschina.cn

手机爆炸、电动汽车行驶或充电过程中的火灾事故在生活中经常可见，让人们在享受锂电池带来的便利的同时，也担心其在安全方面的重大问题。如何降低这一风险？近日，中国科学技术大学教授孙金华、研究员王青松团队与暨南大学教授郭团团队研制出一款可植入电池内部的高精度光纤传感器。相关研究成果日前在线发表于《自然-通讯》。“这款高精度光纤传感器可以在1000摄氏度的高温、高压环境下正常工作，同步测量出电池热失控全过程内部温度和压力，为快速切断电池热失控链式反应提供预警手段。”王青松向《中国科学报》介绍。破解国际性科学难题手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车中都有一个关键部件——锂离子电池。随着全球范围内能源危机的出现、“双碳”目标的驱动，锂离子电池产业迅速发展。然而，锂离子电池常常会发生爆炸，也就是热失控，这是威胁电池安全的“癌症”，是制约电动汽车与新型储能规模化发展的瓶颈。研究表明，电池热失控源于电池内部一系列复杂且相互关联的“链式反应”。“这可以从电池内部和外部两方面讨论。从内部来看，电池由正负极、电解液、隔膜等组成，其中电解液和隔膜都是易燃物，正负极和电解液在一定温度下又会产生化学反应，进而产生热量和可燃气体。也就是说，电池内部本身就是一个热不稳定的体系。”王青松说。从外部来看，电池在使用过程中容易出现各种外部滥用：电滥用，如过充、过放等；热滥用，如高温、局部发热等；机械滥用，如撞击、挤压等。这些外部滥用会造成电池内部材料发生一系列连锁化学反应，电池内部温度快速提升，最高可达800摄氏度，导致电池起火或爆炸。如何科学、及时、准确地预判电池安全隐患，是当前电池安全领域的国际性科学难题。为攻克这一难题，研究团队提出一种可植入电池内部的高精度光纤传感器，在国际上率先实现对商业化锂电池热失控全过程的精准分析与提早预警。《自然-通讯》的一位审稿专家评价道，“该研究有助于电池健康状态监测，并在不可逆损害前发出预警信号。”小巧光纤实时监测电池健康状态将光纤植入电池，并非王青松等人首创。因光纤传感器具备体积小、重量轻、耐受高温高压、耐受电解液腐蚀等优势，前人将其植入电池。但他们主要测量的是电池循环过程中的内部参数，从未涉足电池热失控监测领域。于是，王青松等人想将光纤植入电池内部，以监测电池热失控过程，并探索电池内部参数能否为电池热失控预警提供新思路。研究思路有了，做起来却非常难，因为现有的大多数光纤传感器无法在热失控过程中“幸存”。王青松解释说，电池热失控过程中，内部压力高达2MPa、温度高达500至800摄氏度，在这种高温高压的冲击下，光纤信号会中断，无法测得电池内部温度和压力数据。研究的关键是开发一款“健壮”的光纤传感器。他们与郭团团队联合攻关，多次改进光纤结构，开展热失控实验，反复修改和验证，最终通过对光纤进行套管保护，在保证内部信号传输的同时解决了光纤容易断的难题。“这款高精度光纤传感器总长度12毫米、直径125毫米，能够植入商业18650电池，实时监测电池热失控期间的内部温度和压力影响。”王青松向《中国科学报》介绍了光纤传感器的结构。相比现有的外部监测技术，内部光纤传感技术更具有及时性、灵活性。“就好比人们患病，当感知到疼痛时，往往为时已晚。这就像电池外部特征的变化一般都是滞后的。”王青松解释道，“而去医院体检，可以通过CT等看到内部器官变化，从而预知疾病的发生，并通过治疗手段阻止疾病进一步发展。但这种大型设备体积庞大，无法随时随地监测内部状态变化。如果在人体内植入芯片，就可以做到实时跟踪预警。就像在电池内部植入光纤传感器，可以做到实时监测预警。”值得一提的是，该研究通过解析压力和温度变化速率，首次发现温度和压力变化速率的转变点可作为电池热失控早期预警区间。该发现适用于不同电量的电池，能够在电池内部发生“不可逆反应”之前发出预警信号，保证了电池后续的安全使用。用于同时监测电池内温度和压力的FBG/FPI传感器工作原理适合大规模推行量产在王青松看来，光纤传感器尺寸小、形状灵活，具有抗电干扰性和远程操作的能力和适合大规模生产的标准制造技术，并且可以实现一根光纤在电池的多个位置同时监测温度、压力、气体组分、离子浓度等多种关键参数。光纤传感技术与电池的结合将在新能源汽车、储能电站安全监测等领域发挥重要作用。为此，研究团队将探索光纤传感器在大容量储能电池中的应用。“大容量储能电池热失控相比此次研究中的18650电池更加剧烈，并且其热失控特性和机理与小电池有所差异，这将是对我们研究的进一步考验。”王青松说。另一方面，团队将与电池制造商合作，希望在电池制作过程中植入光纤传感器，避免对电池二次破坏，加快光纤传感在储能和新能源汽车电池管理系统中的应用进程。相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40995-3

近日，西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室成功进行了三维光纤激光加工系统的演示试验，得到在场专家的好评。该系统所使用的500W光纤激光器是由中科院西安光机所新孵化企业西安中科梅曼激光科技有限公司研制。该企业致力于高功率光纤激光器的研发、生产和销售，并可为光纤激光加工系统提供全套的解决方案。现已具备200W～1000W光纤激光器的生产能力，所推出的光纤激光器在切割速度、切割质量等方面与国外同类产品相比具有较强的竞争优势。 　　三维光纤激光加工系统 　　500W光纤激光器

从1992年Mike Morris发明世界上第一个微型光纤光谱仪至今已经24年了，各个行业已经开发了数以千计的应用。广阔的市场前景吸引了越来越多的公司，包括仪器仪表行业的大公司都开始参与到这个领域的竞争。　　微型光纤光谱仪可以应用于哪些领域?　　第一， 光谱仪可以分析各种光源发出的光，这些光源包括太阳，LED, 激光，平板显示器件，等离子体，气体放电，火焰燃烧，受激发光，化学发光等等基于各种原理的发光体。　　第二， 光谱仪可以分析光与各种物质相互作用后的光，相互作用后的光一般都含有与物质微观结构有关的丰富信息。在这里光可以看成是探索物质微观结构的“探针”，因此，微型光谱仪通常被列为光学传感类(optical sensing)。　　第三， 由于微型光谱仪的体积小，所以适合于便携，手持，现场，在线，原位，活体，非破坏性应用场合。由于光纤的使用，所以适合在有害环境下(包括化学，生物，放射性)进行远程测量。由于微型光谱仪内无移动部件，可靠性高，因此，适合于工作在环境恶劣的工业现场。由于采用探测器陈列，可一次获得全光谱，测试速度快，因此适合需要高速测量的应用，例如工业在线检测，化学反应动力学监测。　　由于微型光谱仪应用领域非常广，在如此短的篇幅内无法详细列举所有的应用。以下，我们就当今社会最关注的领域中比较成功的应用案列进行分析：　　环保行业：　　-燃煤电厂烟气排放监测系统用于监测电厂在脱硫和脱硝之后对于大气的排放废气中SO2，NOx的含量。　　这基于气体紫外吸光度测量的原理，看似简单，但是在解决实际问题时，必须要克服一些具体困难。由于实际应用中的待测气体样品中有颗粒物存在，如何将颗粒物对光的散射引起光的能量损耗扣除掉,以获得准确的浓度值?1970年代德国科学家Ulrich Platt在研究大气紫外吸收时，发现颗粒物散射谱随波长变化慢，气体分子紫外吸收谱随波长变化陡峭，因此对光谱进行微分，再进行数字滤波，将低频分量滤去，就可以将散射的影响扣除，这就是著名的DOAS技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy)。由此可见，应用研究的重要性。　　-对于地表水的有机物综合指标的监测　　有机物综合指标是指化学需氧量(COD)，生化需氧量(BOD)，总有机碳(TOC)，高锰酸盐指数(CODMn)，总磷(TP)，总氮(TN)，多环芳烃(PAHs)。分析地表水的有机物综合指标的困难在于，第一，这不是由单一化学组分决定的，而是由水中大量化学组分的综合效果 第二，水体中除了有机物之外，还有许多其它的干扰因素，譬如泥沙，会影响测量结果的准确度。　　不少地方仍然采用化学滴定方法检测，这种方法虽然准确度高，由于需要采用化学试剂会对水体造成二次污染，而且设备复杂，测试所需时间长，运行费用高。　　采用紫外吸收光谱技术，通过对大量水样建模和多变量化学计量学分析，可以获得有机物综合指标。但是实际的水样中总会含有泥沙，泥沙含量较高时，这些无机物也会使透光量减少，探测器无法区分透射光强度减少，究竟是被有机物吸收了，还是泥沙的散射引起透光量的减少，从而带来误差。而且，在有机物含量较少时，测量误差较大。浙江大学的吴铁军教授发现如果加用荧光光谱测试，由于无机物是不会产生荧光的，因此，融合荧光光谱和紫外吸收光谱的数据，就可以扣除无机物的影响。这种创新的方法可以用一台仪器同时测量出上述七个水的有机物污染的综合指标。　　这个案例告诉我们，在分析复杂体系时，基于多变量化学计量学的算法和建模是极端重要的。　　食品安全　　-水，土壤和鱼的汞超标　　由于环境污染体现在地表水和土壤的汞超标，汞又特别容易在生物组织中积累，譬如鱼类。摄入过量的汞会影响人的神经系统，儿童的发育生长。全球140个国家都对食品中汞的含量有规定。现有的分析方法非常耗时并只能在实验室使用。　　美国Jackson州立大学发明了一种基于纳米材料表面能量转移技术NSET(Nanomaterial Surface Energy Transfer)的检测微量汞的便携式仪器。NSET技术原理如下，当罗丹明B(RhB)分子吸附在胶体金纳米颗粒时，胶体金纳米颗粒会使RhB荧光焠灭，当有Hg2+离子存在时，RhB会从纳米金颗粒表面释放,与汞离子结合，并在532nm激光激发下开始发荧光，荧光的强度与Hg2+离子浓度成正比。(见图2)这种方法检测灵敏度很高，汞的检测线0.8ppb,美国环境署水中汞含量的标准为2ppb.并能检测鱼组织中的汞，达到美国环保署0.55ppm的要求。图1 吸附在纳米金颗粒表面的罗丹明RhB，它的荧光强度与待测样品中汞的浓度成正比　　这个案例中检测汞的原理就不那么直截了当，待测物汞本身并不能受激发荧光，而当汞离子与罗丹明RhB结合时，RhB充当标记物(marker)的角色，另一方面，利用了纳米金颗粒能使RhB荧光焠灭的特性。　　-检测奶粉中的微量三聚氰胺　　采用表面增强拉曼光谱技术SERS(Surface Enhanced Raman Spectroscopy),在785nm激光的激发下，待测的三聚氰胺的分子在基于纳米金颗粒的SERS芯片上，在激光强电磁场的作用下，与纳米颗粒表面的等离子激元发生谐振，拉曼光谱的强度被大大增强。(见图2)采用便携式拉曼光谱仪和SERS芯片三聚氰胺的检测限可达到12ppm。图2在打印的SERS芯片表面增强拉曼光谱与三聚氰胺浓度的线性关系　　拉曼光谱技术，由于拉曼信号特别微弱，所以只适合应用于分析浓度较高的物质主成分。由于纳米材料科学，表面物理科学，激光技术的发展，才使SERS技术逐步进入应用阶段，用于分析痕量物质。不断提高测量的重复性，稳定性，降低SERS芯片的价格，使更多的应用领域用得起SERS技术。　　-鉴别假冒的初榨橄榄油　　常用的方法是观察油的颜色，但是在不同光线下显示的颜色是不同的，而且造假者会用叶绿素或b胡萝卜素去调节油的颜色去靠近真品的颜色。用低档橄榄油或者葵瓜子油，菜油稀释初榨橄榄油都可以用便携仪器进行吸光度测量方法鉴别。　　正是由于光纤光谱仪的便携性和快速，使其得以应用在仓库，海关现场快速验货。图3 不同比例的低档橄榄油稀释初榨橄榄油对于吸光度的影响　　-对食品内黄曲霉素的快速检测　　发霉和变质的粮食，花生，坚果含有致癌的黄曲霉素。现用的主流技术有液相色谱仪HPLC，　　液相-质谱联用仪LC-MS。这些技术只能在实验室用，并且设备昂贵，分析时间长，还要用大量化学溶剂，污染环境，操作和维护保养麻烦，需专业人员操作。也有用酶联免疫分析技术(ELISA)，这种方法测量精度不如HPLC，并经常会报告假阳性。　　因此，急需一种可以在现场快速筛检的设备。英国的Ray Coker博士发明了一种基于紫外荧光光谱的技术，先将样品进行预处理，使待测毒素分离，富集，然后用紫外荧光光谱分析，在365nm LED光源激发下，测量其荧光，并采用专利的算法，一次同时测得4种黄曲霉素(B1,B2,G1,G2,M1)和赭曲霉素A，其检测限1ppb,即零点几ppb，满足最严格的欧盟标准,可与HPLC比拟。这种方法其实还可以成为快速检测的平台，包括病原体检测，贝类毒素检测，兽药残留检测，动物饲料中真菌毒素检测，假药甄别检测，农药残留检测，MRSA(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检测。　　该案例的技术难点在于样品预处理，如何从成分复杂的待测食品样品中将微量待测物萃取，分离，富集，第二，如何挑选出具有高度特异性的抗体，使自身不会发荧光的毒素与标记物(marker)可以用荧光技术来检测 第三，如何从光谱数据提取出有用信息的算法。　　-食源性致病菌的快速检测　　检测食品中的致病微生物，现行的方法，譬如检测细菌的金标准方法“平板计数法”(Culture Plating)，虽然准确，但是分析所需时间太长，需要2-3天。其它的方法，例如酶联免疫吸附测定法ELISA,虽然速度快了，但是灵敏度不高。聚合酶链式反应法PCR方法，虽然速度快了，灵敏度也高一些，但需要复杂的核酸提取过程。总之，需要一种快速，灵敏，准确，特异性强的检测方法。　　食品是一个成分复杂的物质，我们需要分析其中微量的细菌，首先要解决的问题是如何从复杂的背景中提取并富集这些待测的细菌 第二，按照国家标准，允许存在的细菌浓度必须很低，因此要求检测方法的灵敏度很高 第三，实际上，食物中很可能同时存在多种细菌，因此检测方法一定能够同时，分别检测出多种目标物。　　美国阿肯色大学生物与农业工程系Yanbin Li教授团队近年来利用免疫纳米磁珠与免疫量子点对食源性致病菌进行快速检测。同时检测李斯特菌，沙门氏菌，大肠杆菌，检测下限可达到101 CFU/ml。(见图4) 图4(a)纯细菌样本的荧光光谱 (b)含致病菌的牛肉样本的荧光光谱　　其基本原理是利用免疫检测方法，即先用第一抗体去修饰纳米磁珠，形成细菌-免疫磁珠复合体，在与样品均匀混合时，抗体就会与样品中的目标细菌进行免疫反应，在强磁场作用下，这些被免疫磁珠抓住的细菌就会被吸附到磁极，从而实现了细菌从复杂的背景物中分离。但是抓住细菌的磁珠不会受激发射荧光。我们知道量子点是可以受激发光的，如果用被第二抗体修饰的量子点作细菌的标记物，就可以通过测量量子点发出的荧光强度来间接测量细菌的浓度。利用抗体的特异性，即不同的抗体专门去抓不同的细菌。再利用量子点发光的波长取决于量子点的大小的特点。就可以通过对于荧光光谱相应的波峰强度测量，同时测量不同细菌的浓度。　　生命科学和医疗诊断　　-核酸，蛋白质分析　　对核酸和蛋白质进行定量分析是现代生命科学实验中最基本的工具。　　紫外吸光度方法是测量核酸浓度最常用的方法之一。核酸包括：DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。它的基本组成是核苷酸。核苷酸又是以含氮的碱基，戊糖和磷酸组成。五种碱基包括嘌呤和嘧啶。碱基上苯环的共轭双键在紫外波段有强吸收，最强的吸收峰在260nm。核酸浓度与波长260nm的吸光度成线性关系，这就是用紫外吸光度方法测量核酸浓度的基本原理。核酸样品中如果含有蛋白质，蛋白质的紫外吸收峰在波长280nm，但是蛋白质在280nm的吸光度只有核酸在260nm的吸光度的1/10，利用样品在这两个波长的吸光度比值，可以得到核酸的纯度。　　核酸，蛋白质这类生物样品的量常常很小，甚至在mL量级，微量样品的采样在技术上是一个难点。美国热电公司的NanoDrop2000型紫外/可见分光光度计巧妙地利用表面张力的原理，将待测样品液滴置于连接光源的光纤端头和连接微型光谱仪的光纤端头之间，形成待测样品液柱。利用这种采样技术，可以不用稀释样品就可以测量高浓度的DNA样品，对于双链DNA样品，可测的浓度可高达15000ng/ml。　　该仪器还可以利用蛋白质在280nm的吸收来测量蛋白质的浓度。这是由于蛋白质分子结构中含有芳香族氨基酸，而芳香族氨基酸(主要是酪氨酸和色氨酸)的紫外吸收的峰值位于280nm。　　蛋白质实际测量中遇到的问题是待测样品中常常含有其它化学试剂的残余，而这些杂质对紫外吸光度测量有干扰，影响测量的准确性。因此就在对蛋白质的各种性质研究的基础上，发展了各种其它的测量方法，以摆脱杂质对测量的干扰。例如蛋白质和染料的结合，蛋白质和铜离子的络合反应?　　同样这一台工作在紫外/可见波段的分光光度计NanoDrop，基于不同的原理，还可以在不同的波长用于蛋白质定量分析。譬如，Bradford法测蛋白质，这是基于让染料分子(考马斯亮蓝G250)与蛋白质结合成复合体,该复合体在595nm有最大吸收峰，这种方法的好处是待测蛋白质样品中可能含有的K+,Na+,Mg2+,(NH4)2SO4,乙醇等杂质不会干扰蛋白质测定。BCA法则是利用蛋白质的化学性质，即在碱性条件下蛋白质可以与Cu2+发生络合反应，并将Cu2+还原为Cu+，而BCA (bicinchoninic acid)则会与Cu+反应形成稳定的复合物，它的吸收峰在562nm。这就是BCA法测量蛋白质的原理。　　-紫外荧光光谱是研究蛋白质组分，构象的强大工具。　　实验发现大部分蛋白质中有三种氨基酸残基具有内源性荧光的特性，它们分别是：色氨酸tryptophan (Trp), 酪氨酸tyrosine (Tyr) and 苯丙氨酸phenylalanine (Phe)。但是，实验中常用的是Trp和Tyr的内源性荧光，主要是因为这两种氨基酸的残基的荧光的量子效率比较高，所发出的荧光信号较强。Phe受激荧光的量子效率较低，激发波长在257nm。如果采用波长为280nm的激发光，由于Trp和Tyr的激发波长比较接近(分别为280nm，274nm),因此Trp和Tyr会同时有荧光信号。如果想选择性地只激发Trp，则可以采用295nm激发光源。　　实验进一步发现，氨基酸残基的內源荧光的强度，峰位对于氨基酸的组分和构象状态十分敏感。这是因为在蛋白质分子处于自然折叠状态时，Trp和Tyr被包裹在蛋白质的中心位置。而当采用升高温度，采用尿素，盐酸胍，或者调解pH值等方法，使得蛋白质展开(图6A)。原先在折叠状态下埋在里面的疏水核心就暴露在溶剂中。Trp和Tyr就暴露在周围的环境中，它的荧光发光特性发生变化(图5B)　　图5 用Trp的荧光来监测蛋白质的构象状态。图6A中Trp是用红点和红色字母w表示，在蛋白质处于自然折叠的状态下Trp被埋藏在疏水的环境中，展开后则暴露在溶剂的环境中。图5B，在自然折叠状态下Trp处于疏水状态下，荧光强 反之，在展开状态下，Trp暴露在溶剂中，荧光强度下降。　　实验还发现Trp残基的荧光峰值的波长与周围的溶剂有关，发生Stoke位移。　　研究蛋白质的分子折叠和展开有什么应用价值?有些疾病与人体内蛋白质分子的构象状态有关. 譬如, 有些退行性神经病变，就与蛋白质分子的展开有关，因此蛋白质的荧光光谱有时可用于退行性神经病变的诊断。　　-医学诊断　　一般而论, 采用光纤光谱仪作为医学诊断的手段有两个优点. 一个优点是非侵入性, 第二个优点是体积小, 仪器方便携带, 因此, 可以部署在病床边上, 县以下的基层诊所, 战地，出诊.　　以下举一些例子.　　基于吸光度和荧光技术的血样，尿样在生化分析仪器在医院的分析实验室几乎处处可见，现在可以做得更小，更便宜.　　对于皮肤癌，乳腺癌可以对人体组织活体(in vivo)用拉曼光谱或反射光谱技术进行诊断.　　黄疸病对于新生儿是常见的，而且无害，但是，对于早产婴儿则有造成大脑损伤的危险。因此，需要密切监测血液中胆红素的浓度。现行的方法是针刺婴儿的脚跟取血样，然后送实验室进行生化分析，大约需要一个小时，每日三次。如果对新生儿脚底皮肤用光学方法，通过反射谱测量，立即可以分析得到血液中胆红素的浓度，可以比现行的方法更快地诊断黄疸病，并使婴儿免受脚跟针刺之苦，这就是非侵入性带来的好处。　　脉搏血氧仪是用红光和近红外透射测量技术连续监测血氧饱和度。慢性阻塞性肺病，哮喘等呼吸性疾病，病人的血氧饱和度是表征病的严重程度的非常重要的指标。　　在线检测：　　-为了得到辛烷值(RON)合乎标准的92号，95号汽油，石油炼化厂需要将重整催化工艺所得到的高辛烷值油与低辛烷值的催化裂化汽油按适当比例进行调和，以最终获得辛烷值符合国家标准，而且产率足够高的汽油。生产工艺需要在线测量汽油的辛烷值，并根据测量值去控制重整反应器的温度。　　浙江大学戴连奎教授采用在线拉曼光谱系统测量重整汽油的辛烷值。其辛烷值主要取决于待测油品中直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃含量。拉曼光谱可以很好地显示直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃等物质的特征峰，因此可以很好的计算各种芳烃和其它烷烃等物质的含量。由于不同的烃类物质对辛烷值的影响不同，需要综合考虑每类物质对辛烷值的影响。通过含量高低建立相应的预测模型可以很好地测量汽油样品的辛烷值。相比于红外光谱，拉曼光谱特征峰明显，建立模型所需的样品数量也大为减少。相比色谱，拉曼光谱测量速度较快，使用和维护成本较低。图6 重整汽油的拉曼光谱(经过数据的预处理)　　在此应用案例中，待测的汽油辛烷值并不是由单一物质的分子的光谱所决定的，而是由多种烃类的分子的综合作用所决定。因此，有了光谱之后，如何得到辛烷值，建模就是关键。

海洋光学(Ocean Optics)于近期推出高性能，900-2200nm 光谱响应的近红外光谱仪：NIRQuest 512-2.2。该产品是用于水分检测、化学分析、高分辨率激光检测和光纤特征研究等的理想设备。 海洋光学NIRQuest 512-2.2 近红外光纤光谱仪尺寸小，且测量范围可达900-2200nm 　　NIRQuest 512-2.2采用高稳定性、512像元的滨松 (Hamamatsu) 铟镓化砷 (InGaAs) 阵列探测器，集成二阶热电制冷和低电子噪声的小型光学平台。根据配置 -- 有六种光栅选项和五种尺寸入射狭缝可供选择--光学分辨率可达~0.5 nm-5.0 nm ( FWHM 全宽半高值)，高的分辨率要求对激光特征分析是相当有用。 　　独特的外部硬件触发功能允许用户通过外部触发来捕捉光谱，或者在数据获得之后来控制触发其它器件。该功能有利于自动过程控制的集成开发或从同步闪光的太阳能模拟器中捕捉光谱。 　　光谱仪采用的SpectraSuite操作软件是一个模块化、以 Java 开发的操作平台，可在Windows，Mac OS 和Linux 操作系统下运行工作。 此外，NIRQuest 512-2.2能与海洋光学的Remora网络适配器一起使用，可将系统变为通过以太网或已有无线连接控制使用的多用户光谱数据服务器。 　　推出NIRQuest 512-2.2之后，海洋光学现提供的NIRQuest近红外光谱仪光谱测量范围选项如下：900-1700 nm、900-2050 nm、900-2200nm 和900-2500nm 。多种光栅、光学平台和光学附件使得 NIRQuest 系列能适应各种各样的应用，如医学诊断、食物饮料监测、药物分析、环境监控和过程控制等等。 　　关于海洋光学 (Ocean Optics) 和豪迈 (HALMA) : 　　总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120，000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有 4000 多名员工，近40 家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州和成都设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

海洋光学的光纤附件、探头和配件可让用户在我们的光谱仪上传输和收集光。从现成的光纤跳线和定制光纤到专门设计的 OEM 附件，您的光纤选项和应用一样多种多样。以下是确保光纤和探头性能可靠、持久的一些技巧。 技巧1：做出明智的选择模块化光谱系统的优异性能取决于各个部分的总和。在选择光谱仪时要注意的方面应与选择光源、取样光学元件、光纤或探头相同。您是否在测量吸光度或反射率？您是否在测量低于 270 nm 的波长，在该波长下紫外线照射会使某些光纤受到曝晒？光纤将放置在您实验的什么位置？样品环境是否具有化学刺激性？确定这些标准将有助于我们指导您找到满足需求并适应样品条件的最佳组件（包括光纤）。技巧2：小心处理光纤连接器和末端如果保养不当，SMA 905 和其他光纤连接器可能会被划伤或损坏，从而影响测量。有时，客户甚至会因端部拉力过猛将连接器或套圈从光纤或探头上意外拉出。由于光纤端部磨损最大，设计了具有额外应力消除和护套保护的末端。但是，在取下端罩时要小心，用一只手握住连接器的光纤，用另一只手拉开端罩。海洋光学XSR 抗紫外老化光纤更进一步，它有一个端罩，用螺丝固定在光纤的末端 -- 无需拉动。技巧3：注意弯曲半径尽管光纤和探头在光谱仪周围移动光，但是这些组件可以承受的弯曲程度是有限的。光纤的弯曲半径表示在光纤发生损坏之前可以承受的弯曲程度。这种损坏程度可能会使光纤衰减和断裂，从而导致更严重的光损耗。这就是为什么定期检测光纤确保光传输的很好方法。光纤断裂，会使光停止传输。海洋光学报告了长时间弯曲半径（LTBR）和短时间弯曲半径（STBR）。LTBR 是存放条件下建议的最小弯曲半径。STBR 是光纤使用期间建议的最小弯曲半径。可见-近红外光、紫外-可见光、SR 和 XSR 光纤的弯曲半径技巧4：避免过热避免超过光纤材料的温度阈值：对于标准光纤，硅纤维的温度阈值为 300 °C，而环氧树脂和 PVDF 管的温度为 100 °C。对于高级光纤，整个组件的额定温度为 220 °C。包括不锈钢 BX 在内的护套可提供更好的保护，但最好咨询您的海洋光学代表，寻求在恶劣环境下的应用帮助。正如一位大学教授最近与我们分享的那样，他大一时化学实验室中的一些海洋光学光纤在初学化学家手中“存活”了 20 年。这些光纤可持续更长时间，但一些学生将这些光纤太靠近他们在测量的本生燃烧火焰，导致光纤护套和 PVDF 管熔化。耐化学性是您应用很重要的另一项标准。避免将光纤浸入可损坏石英、镍、钢、铝或环氧树脂的材料中。在恶劣的样品环境中，选择耐用的护套材料（包括硅胶单线圈或不锈钢 BX）是您不错的选择。定制套筒和套圈是另一种选择。技巧5：记住小东西虽然这并不总是可行，但在不用光纤连接器时，更换光纤连接器的端罩很有用。这有助于防止划伤，避免灰尘和指纹污染。此外，我们建议定期用透镜纸和蒸馏水、酒精或丙酮清洁光纤端部，避免划伤表面。本

近日，浙江大学光电学院的马耀光研究员在微型高性能光谱仪研究中取得了新进展。研究团队提出了一种具有皮米量级分辨率的微纳光纤锥光谱仪。在这种光纤锥光谱仪中，精心设计的光纤锥几何参数使得输入光激发的少数传播模，可以随着光纤锥的非绝热形变发生耦合、演化过程，进而快速形成大量的高阶模式。这些新形成的高阶模式同时也会随着光纤锥的渐变直径被截止而转化为泄漏模，从而在探测面形成复杂的光学散斑。光谱信息也在这个过程里被编码进散斑图案之中。可以利用基于Transformer的MobileViT模型，快速、高效、准确的对输入光谱进行还原。经测试，光谱仪可以工作在450-1100nm的波段范围内，对输入光的分辨率可达1 pm 数量级。该光谱仪以相对较低的制造难度与成本，在毫米级的空间尺度下实现了皮米级的波长分辨能力。自牛顿利用棱镜观察到色散现象以来，针对光谱技术的研究就在人类发展历程中占据了重要地位。随着光谱分辨率的提高与光谱理论的完善，光谱技术逐步从科学实验领域扩展到了分析应用上，在生物传感、环境监测、天文、医疗等领域都发挥着重要的作用。但是传统光谱仪体积庞大、价格昂贵，因而在实际应用中较难推广。对光谱的测量往往需要使用非常专业的设备或者在专业的检测机构才能进行。近年来，随着微纳技术的发展，微型光谱仪凭借其体积小、重量轻、操作便捷、结构简单、价格低廉等特点，逐渐被人们所重视。但是，针对光谱仪的低成本、小体积、高性能等要求存在内在的制约关系：减小分光和探测元器件的尺寸将导致光谱仪的分辨率、灵敏度及动态检测范围显著下降，同时有可能增加器件的制造难度与成本。如何利用计算光谱技术进行光谱编码与解码是打破这一内在限制的重要前提。微纳光纤（MNFs）是研究纳米尺度光与物质相互作用的优秀平台之一。利用其简洁的几何形貌、强光场约束等优点，研究人员利用自制的光纤拉锥机精确控制光纤锥尺寸，对其内部的传导模式产生有效调控，如图1a所示。a) 基于微光纤锥的光谱编码结构利用非绝热近似下的陡变光纤锥，将输入的少量低阶模式快速转变为大量高阶模式。产生的高阶模式的数量和权重均为输入光场频率的函数。因而，随着高阶模式被光纤锥的渐变直径逐步截止，光谱信息就会随着泄漏的光场被编码进探测到的复杂散斑图案之中。多模光纤拉制的光纤锥内支持的传导模式众多，再加上锥区模式耦合带来的自由度，散斑结构非常复杂，波长的微小改变也会使得散斑有非常明显的变化，从而可以在较小的尺寸内实现高分辨的光谱识别如图1b、c所示。图1光谱仪结构。（a）微型光谱仪图片（b,c）微纳光纤锥区泄漏模图案映射在衬底上的侧视图和俯视图1. 光纤纤芯直径、光纤锥度、锥区长度、拉伸长度等结构参数对光线锥泄漏散斑具有重要的影响。输入光在芯径更大的光纤中，可以激发更多的模式，因此在后续的模式演化过程中可以产生更复杂的散斑，包含更多的光谱特征。图2的仿真结果也验证了这一点。图2 不同纤芯直径拉制得到的光纤锥的散斑仿真。纤芯直径分别为（a）8.2 μm（b）62.5μm（c）105μm2. 在微纳光纤束腰直径一致的情形下，锥区长度越短，锥区角度越大。如图3所示。随着锥区变短，散斑尺寸缩小，由Nyquist采样定理可知，对于一定大小的探测器单元尺寸，系统可以采集的散斑精细结构的质量会随之变低。例如当锥长为750 μm时，散斑尺寸仅为~2 μm。图3 不同锥区长度的光纤锥散斑仿真。锥区长度分别为（a）6000 μm（b）3000μm（c）1500μm（d）750μm3. 通过优化拉制光纤的纤芯直径，拉制过程中的拉伸长度与锥区长度等参数，研究人员在300*600 μm的小尺寸内，得到信息足够丰富的散斑。散斑图样由互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器（CIS）直接获取，如图2a所示。利用自制的微纳光纤拉锥平台和转移平台，研究团队可以高效率、高精度地制备所需要的微纳光纤，并且将其与CIS探测器进行一体化集成。使得最终的样品在保证高集成度的同时，具有良好的稳定性与重复性。并且，制备的光谱仪核心元件的成本不到15美元。b) 基于深度学习的高精确度光谱复原研究人员发现重构型光谱仪的算法选择对重构结果也有较大影响，为了可以实现快速、低功耗的光谱重构，我们采用基于Transformer架构的MobileViT模型进行了训练，用于最终的图像分类与光谱重构。最终，光谱仪准确地恢复了450-1100 nm光谱范围内（受限于实验中采用的CMOS的工作带宽300-1100 nm 与神经网络训练过程中可用的输入光谱范围450-1200nm的交集）被测光谱信息，平均峰值信噪比(PSNR)为46.7 dB。重建的窄带光(彩色实线)和商用光栅光谱仪的地真光谱(图4(a)黑色虚线，Ocean Optics, LEDPRO-50)显示出很高的一致性。单色光的中心波长误差约为0.0223%。线宽误差约为7.37%。并且，光谱仪在图4b、c所示的性能极限测试中也展示出很好的表现：在工作带宽的测试中，可以准确恢复半高全宽为90 nm的光谱。在对于分辨极限的测试中，可以准确还原间隔1.53 pm的双峰信号。图4 光谱仪性能表征。（a）450-1100 nm波长范围内光谱恢复（b）连续光谱的恢复（c）窄双峰的恢复c) 高精度的高光谱探测能力因为微纳光纤尺寸小、光束缚能力强的特点，可以在一个传感器上集成多个微纳光纤锥，实现高光谱成像功能。图5a展示了在CIS上集成20个光纤锥的样品。结合机械扫描的采样方式，可以对例如图5b中的图像，进行高光谱采集。如图5c、d所示，采得的光谱信息具有很好的准确度和色彩还原度。图5 光谱仪高光谱表征。（a）20通道高光谱成像仪（b）彩色贴片图及高光谱复原结果（c）b中各个色块的光谱还原图（d）b中不同色块的CIE 1931色彩空间坐标研究团队利用轻量级Transformer架构的神经网络模型，对微纳光纤锥区泄漏模的干涉散斑进行优化与采集，简洁地实现了基于微纳光纤锥的光谱信息编解码架构，进而构建出一种尺寸在亚毫米量级，分辨率在皮米量级的低成本、高性能微型光纤锥光谱仪。此外通过在CIS上集成多个微纳光纤锥，可以实现高光谱成像的功能。未来，如果在标定过程中进一步考虑偏振态的影响，我们可以同时获得未知光的光谱和偏振态。论文所提出的光谱仪可应用于食品检验、药物鉴定、个性化健康诊断等领域，成本低廉。 本研究得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助。论文通讯作者为马耀光研究员，共同第一作者为硕士生岑青青和博士生片思杰。硕士生刘鑫航、唐雨薇、何欣莹也为论文工作做出了重要贡献。本论文的完成单位为浙江大学光电科学与工程学院、极端光学技术与仪器全国重点实验室、杭州国际科创中心、浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心。

仪器信息网讯 2011年10月12-15日，第十四届北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA 2011)在北京展览馆隆重举行。为让广大网友及仪器用户深入了解BCEIA 2011仪器新品动态，仪器信息网特别开展了以“盘点行业新品 聚焦最新技术”为主题大型视频采访活动，力争将科学仪器行业最新创新产品、最新技术进展及最具有代表性应用解决方案直观地呈现给业内人士。以下是仪器信息网编辑采访海洋光学技术中心经理李宇先生的视频。 　　在采访中，李宇先生介绍了适用于不同领域的光纤光谱仪的特点，以及海洋光学近红外光谱、过程控制实验室的应用，以及微型光纤光谱仪的市场发展前景等内容。 　　李宇先生表示：“微型光纤光谱仪是一个非常朝阳的产品，它从发明到现在已经20多年了，但是真正应用推广是在近几年来。微型光纤光谱仪相对于传统的分光光度计，它的主要特点是一是微型，二是可以根据用户需求定制，三是它可以覆盖不同的检测范围，比如紫外可见、近红外波段等。再者用户可以将微型光纤光谱仪集成到不同的应用生产当中，如可以用拉曼模块去监测生产过程，在中药制药行业，用微型光纤光谱仪模块可以监控药物有效成分是否已经达到期望的浓度等，对于微型光纤光谱仪模块用于生产过程的监控我是非常有信心的。” 　　具体产品展示、技术特点介绍、应用领域分析，请点击查看采访视频。　 　　关于海洋光学 　　海洋光学是全球领先的光传感解决方案提供商，提供光与物质相互作用过程中测量和机理分析的基础方法；提供的方案适合各类应用，涵盖生物医学研究、环境检测、生命科学、科学教育以及娱乐照明和显示等诸多方面；所涉及到的技术和产品线包括光谱仪、化学传感器、度量仪器、光纤、薄膜及光学元件。作为微型光纤光谱设备的发明者，自1989年来我们在全球共售出了超过150,000套光谱仪。海洋光学是英国豪迈(Halma)集团的分公司，豪迈集团主要经营用于探测潜伏危险和保护人们生命安全的产品，是专业性电子、安全和环境技术领域的领军企业。

p 　　日前，借第十六届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA 2015)召开之际，仪器信息网采访了海洋光学亚洲总裁孙玲博士，近距离感受了微型光纤光谱仪的特殊魅力，同时带您走近海洋光学亚洲公司全新商业策略——光纤光谱百千万计划（Moving Optical Sensing Technology to Market，简称MOST Program）。 /p script type=" text/javascript" src=" https://p.bokecc.com/player?vid=65FA115BDE9E98379C33DC5901307461& amp siteid=D9180EE599D5BD46& amp autoStart=true& amp width=600& amp height=490& amp playerid=621F7722C6B7BD4E& amp playertype=1" /script p 　　作为微型光纤光谱仪的发明者，海洋光学此次在BCEIA上展出了超小型光谱传感器Spark、新一代微型光纤光谱仪flame等。 /p p 　　目前海洋光学正在着力实施光纤光谱百千万计划，对此孙玲博士介绍说，微型光纤光谱体积小巧，却有着无限大的想象空间。我们希望通过该项目与各个相关领域中的专家合作，并相信在5年内能够开发出10000种光纤光谱应用方案，其中1000种应用方案会有具体的商业计划书 还会产生100家相关企业，其中10家公司会上市。 /p

仪器信息网讯 2011年11月9日至10日，“第四届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会（CIOAE 2011）”在北京国际会议中心成功召开。在本届论坛的报道中，仪器信息网特别开设了视频报道形式，让广大网友跟随我们的镜头，近距离地了解本次论坛上各大仪器厂商展出的在线分析仪器新产品与新技术。以下是美国海洋光学亚洲分公司市场和业务拓展经理龚雅谦博士介绍公司微型光纤光谱仪的视频。 　　龚雅谦博士介绍美国海洋光学是一个技术创新型的公司，自世界第一台微型光纤光谱仪进入市场之后，目前在全球的市场上共销售了约15万台光纤光谱仪。光纤光谱仪是继傅立叶光谱仪之后光谱仪发展史上的又一里程碑，其最本质的特点就是小型化，特别适合在线的应用。随后龚雅谦博士介绍到，海洋光学微型光纤光谱仪的定位主要是关键零部件，其产品的核心竞争力主要有三个方面：时间的稳定性；台与台之间的一致性；工业环境应用的可靠性。此外，龚雅谦博士还介绍到通过上千种的应用，海洋光学发展了很多采样附件、光源附件等，以期给用户带来最大的便利。 　　美国海洋光学(Ocean Optics) 　　总部位于美国佛罗里达州达尼丁市的海洋光学(www.OceanOpticsChina.cn)是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，成立于1989年，在全球有3个机构中心，分别是在德国，荷兰的欧洲中心和在中国的亚洲中心，公司提供光与物质相互作用过程中测量和机理分析的基础方法。自1992年以来，海洋光学在全球范围内共售出了超过150,000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛。 　　海洋光学是英国豪迈(Halma)集团的子公司，豪迈集团主要经营用于探测潜伏危险和保护人们生命安全的产品，是专业性电子、安全和环境技术领域的领军企业。

源起当下全球制造业开启“工业4.0”进程，我国亦提出了“工业2025”计划，工业自动化行业将在中国制造业的未来发展中占有举足轻重的地位，未来仍将保持较快的发展速度。随之而来的是制造业对仪器和设备的要求也越来越高，如：半导体、生物制药等行业一直在寻求更高性能的小型光谱仪。自海洋光学推出光纤光谱仪的概念后，传统小型光纤光谱仪发展迅速，但近年来小型光纤光谱仪进入了瓶颈期，由于核心器件性能的影响，光谱仪在信噪比、采集速度、分辨率等方面未有较大进步。“灯塔”引路作为小型光纤光谱仪的发明者，海洋光学推出的USB2000+和Flame系列光谱仪，应用广泛且颇受好评，一直是学术界和制造业的宠儿。探索不止于此海洋光学深知市场动态和需求，为此开启了“灯塔”项目，致力于新一代光纤光谱仪的研发，旨在从根本上提升小型光纤光谱仪的性能。终传捷报，“灯塔”点亮海洋光学全新一代小型光纤光谱仪SR系列荣耀登场继承了上一代光谱仪集成便捷、应用广泛、性能稳定的优势，同时取得了多项突破性进展。系列首 款SR2更高、更快、更强全“芯”设计——从光路设计，电路设计到核心探测器，都是全新的独立设计与选择。“步步高升”——提供了远超上一代光谱仪的信噪比（380:1）与动态范围（3400:1）并提高了分辨率水平。“唯快不破”——积分时间有了重大突破，由毫秒级到现在的10微秒积分时间。“自强不息”——特别添加板载平均的功能，可在光谱仪内部直接计算出多次采集的平均值，再输出结果。在峰形对称性上表现更好，同时提升了在紫外段的杂散光抑制水平，可获取更精确的数据。此外，SR2的光谱平均性、热稳定性等也得到进一步优化，在激光表征、等离子体检测、 DNA、蛋白质等生物分子的吸光度测量等应用表现出色。为更多用户和新兴领域，如半导体，智能制造，生物制药等解决更多科研与生产的问题。更多精彩等你发现！免费试用 先到先得想要先一睹SR2的风采吗？想要体验新一代光谱仪的优 秀吗？快来申请抢先免费体验啦！！！关注“蔚海光学”微信公众号或官网获取申请入口，审核通过后即可获得第 一批免费试用资格，同时附赠使用期间原厂应用专家服务和技术支持。申请时间：2022.5.6—2022.6.5试用期限：10天，自样机签收之日起试用后提供优质试用报告反馈者，可以8折优惠价购买一台SR2。活动说明1.活动期间，您只需提交试用申请，即有机会获得SR2光谱仪10天免费试用体验。2.申请活动结束后会按申请顺序与您联系，评估完成后即可预约具体的试用日期。3.试用前，需签署《样机借用协议》。4.本活动限与海洋光学工业和科研业务相关的终端客户参与。* 本活动最终解释权归海洋光学所有

“我预计今年年底提前博士毕业，虽然我的德国导师希望我继续留下做博后，但我更希望能回到老家江苏做科研。而在最近发表的论文里，我和所在团队首次将定量相位成像技术，用于超细光纤显微内窥镜中，实现了最高 1 微米的分辨率、以及纳米级的三维重建。并通过光纤实现无透镜光场成像，借此制备出一款新型无透镜光纤显微内窥镜。”德累斯顿工业大学生物医学计算激光系统能力中心博士生孙佳伟 表示。▲图 | 孙佳伟（来源：孙佳伟 ）此次提出的无透镜光纤显微内窥镜，具备 1000 倍的放大倍率，可通过图像重建让医生“看清”脑部神经元或是组织表面的细胞。（来源：Light: Science & Applications）研究中，他和同事使用无透镜光纤显微内窥镜，对无标记的癌细胞进行高对比度成像，让光纤内窥镜能进一步对体内癌症组织表面进行细胞级的高分辨率成像。这意味着，人们可通过此内窥镜尽早找出病变的癌细胞，实现癌症的早期预警。同时，鉴于光纤内窥镜探针只有头发丝量级，因此可在极大降低创口大小的同时，深入体内的狭小部位，如细微血管、肺泡、耳蜗等进行显微成像。另外，其所搭载的系统基于量产的多芯光纤，可做一次性的内窥镜探头，用完后可以轻松换上新的光纤以作为探头，从而彻底消除交叉感染的风险。据介绍，内窥镜成像（endoscopy）作为临床常用的体内成像方法之一，其常规直径至少在几十毫米以上，且图像放大倍率只有大约 50 倍，只能看清组织大概的形貌。而孙佳伟 的无透镜光纤显微内窥镜的探测端，没有使用任何透镜，探针的直径只有 0.35 毫米，大约在头发丝量级，能大大减轻创口的大小。对于神经外科手术来说，常常需要在大脑或脊柱开非常小的切口，进而通过内窥镜和特殊器械，进行复杂精密的手术。而内窥镜的尺寸越小，手术对患者造成的额外损伤就越小，患者术后恢复得也就越快。▲图 | 新型无透镜光纤显微内窥镜，探针直径仅为 0.35 毫米（来源：孙佳伟 ）多年来，荧光显微成像已成为生物医学中广泛使用的成像方法，通过对样品进行荧光标记、激发和检测，可对荧光标记的样品做以选择性成像，从而提升成像的对比度。此前市面上最新的光纤显微内窥镜，是通过共聚焦扫描来实现体内荧光显微成像，但其需要昂贵的光学系统和复杂的校准流程，同时还得预先对体内组织进行特殊荧光染色。然而，某些情况下荧光剂会影响组织正常功能，用后也不易去除。因此，无标记成像技术对内窥镜尤为重要。定量相位成像，是一种无标记显微成像技术。其原理是通过组织中不同成分的微小相位差，来实现生物医学样品的高对比度成像。从技术手段来讲，进一步重建光场的相位信息，还能实现纳米级轴向分辨率的三维成像，这让定量相位成像也常被用于芯片表面检测。但是，此次提出的光纤内窥镜系统，使用量产化的多芯光纤束作为体内成像探针。虽然多芯光纤束只有三根头发丝那样粗，里面却包含着一万根单模的光纤芯，每一根光纤芯都能独立传播光学信号，而把这一万根光纤芯的光学信号组合起来，就相当于有了一万个能成像的像素。但是，光在每一根纤芯中的传播距离有着微小的差别，而光波的相位又非常敏感，即使是 10 纳米以下的光传播距离差，也会引起可观的相位变化。由于光在这一万根光纤芯中的传播距离各不相同，这会带来非常严重的相位失真，就像把样品的光学信息进行了“加密”，故在多芯光纤束中实现定量相位成像，是一个颇具挑战性的难题。（来源：Light: Science & Applications）找到“解码”光场的“钥匙”那么，如何从“加密”光场信息中恢复样品信息呢？孙佳伟 等人提出一种名为远场散斑转换的算法，可从光纤输出端的散斑中，重建出光纤中的固有相位差，这就相当于拿到了“解码”光场的“钥匙”。这样一来，当使用无透镜光纤显微内窥镜去探测样品时，用这把“钥匙”来“解码”样品的光场信息，就能得到样品的相位信息。另外，鉴于可通过光纤显微内窥镜重建完整的光场信息，这时只用一张散斑图像重建出不同深度的图像，即可实现数字重新对焦，并能把无透镜光纤显微内窥镜的工作距离从 10 微米提到 10 毫米。得益于这样的数字对焦，以后医生们再也不用手动调整焦距，通过程序即可实现实时数字对焦，让无透镜光纤显微内窥镜的易用性得到极大提升。近日，相关论文以《通过超薄无透镜光纤内窥镜进行定量相位成像》（Quantitative phase imaging through an ultra-thin lensless fiber endoscope ）为题发表在 Light: Science & Applications 上。▲图 | 相关论文（来源：Light: Science & Applications）孙佳伟 担任一作兼通讯，德累斯顿工业大学测量和传感器系统技术实验室于尔根W查斯克（Juergen W. Czarske ）教授、以及同一实验室的内克塔里奥斯库库拉基斯（Nektarios Koukourakis ）博士担任共同通讯作者。该工作还得到清华大学精密仪器系曹良才 教授和马克思普朗克光科学研究所约亨顾克（Jochen Guck ）教授的指导。其中一位审稿人评价称，“论文中的实验结果令人信服，清楚地标明该方法能够对样品进行定量相位成像，并验证了三维成像的可能性。该项新技术开辟了在超细内窥镜进行相位成像的广阔前景。”另一个审稿人表示，“作者使用一种全新的计算重建算法，以便远场强度图像获得相位信息，实现了基于光纤的定量相位成像。”（来源：Light: Science & Applications）据悉，该研究主要由德国科学基金会支持，旨在通过自适应控制多芯光纤的输出光场，精准控制癌细胞的旋转。与此同时，对细胞进行全息成像，最终得到癌细胞完整的三维重建图。为了实现在纳米级精度下，用光精准地去控制癌细胞，孙佳伟 耗时一年搭建出一个非常复杂且昂贵的光学系统，单单研发实验器件的控制程序，他就写了近一万行代码。后来，又泡在实验室几个月，终于通过光纤光场调控，对细胞多轴旋转做以实时控制。这项成果的实现也是世界首次，相关论文在更早之前已发表在 Biomedical Optics Express 上 [1]。▲图 | 利用光纤输出光场，癌细胞进行光学无接触操控，实时控制细胞旋转轴（来源：孙佳伟 ）他说：“当时有一个误区，觉得越复杂的系统越高级，固然系统越复杂，需要解决的技术难题也就越多，其中的技术含量也就越高，但是繁杂的系统也就意味着高成本、高投入，难以获得广泛的应用。很多经典的研究，后人看起来其实只是解决了一个很小的问题，但最难的是从零到一的突破过程。”舍弃复杂昂贵的光学器件，只用一根光纤、一个相机和一些基本光学元件，在有限的成本内，通过程序提升成像性能。所以他一直在思考，如何把光学系统化繁为简？于是就有了关于此次论文的初步想法[2]。正好那时，清华大学精密仪器系曹良才 教授课题组的吴佳琛 博士来德国交流，曹教授团队在计算光学领域有着很深的造诣。“在和佳琛沟通了我的想法之后，他也对此特别感兴趣。因为光纤输出端的散斑太过复杂，一开始的算法效果并不理想。后来我们不断改进算法，终于在有天深夜，佳琛激动地跟我说算法成功了。我连忙从床上蹦下来打开电脑，把他的算法和我的代码整合起来，那天晚上兴奋地没怎么睡着。第二天一大早就立马赶去实验室验证算法，结果发现真的能在实验中完美重建出相位图像。”孙佳伟 说。（来源：Light: Science & Applications）计划将光纤显微内窥镜用于临床研究另据悉，因为光学仪器大多都非常精密，外界的微弱干扰都有可能对实验结果产生影响。因此为了减小外部震动，孙佳伟 所在的实验室专门建在地下一层。但是，他的实验室离马路比较近，每次有大型车辆经过的时候，都能在仪器数据上观测到微纳级的抖动。为了得到最佳的实验数据，那几周他每天等到半夜路上没有车的时候，一个人在漆黑的实验室里做实验。功夫不负有心人，最后的实验结果也非常稳定。家庭，也给他提供了软动力支持。他说：“我老婆虽然没有直接参与此次研究，但每次我的实验没有进展、焦头烂额的时候，她总能耐心地安慰我、鼓励我，等我焦躁的心安静下来后，理性地帮我梳理思绪找到问题所在。”据介绍，孙佳伟 是江苏南通人。本科就读于西北工业大学信息对抗技术专业。读研时，他来到德国留学，在波鸿大学读激光与光子学专业。那时，他开始接触到光学实验，并开始从事数字全息成像方面的研究。其说道：“一开始只是单纯觉得激光特别酷，但在实验室待久了之后，我深刻体会到光学实验是一个慢工出细活的过程，慢慢地也喜欢上泡在实验室的感觉。我的硕士论文获得了接近满分的成绩，导师把我推荐到现在的课题组继续攻读博士，我也得以继续从事光学成像的研究。”（来源：Light: Science & Applications）在德国读博更像是工作，他作为一名博士生的同时也是学校雇员，目前其还担任助理研究员一职，要承担一定的教学任务，以及指导本科生和硕士生的毕业论文。为此，孙佳伟 还开设了一门叫做“数字全息技术”的实验课程。疫情期间，他把实验课搬到线上，通过视频给学生呈现光学实验的过程，同时也在线上辅导学生处理数据。当下，他的重心依然是科研。目前的图像重建算法对电脑的硬件要求比较高，后续他计划使用人工智能提升算法效率，让图像重建程序在普通笔记本电脑上也能轻松运行，并能实时重建三维图像。同时，他和导师也申请了与所在大学的附属医院的合作项目，计划进一步将光纤显微内窥镜用于临床研究。参考资料：1.Sun J, Koukourakis N, Guck J, et al. Rapid computational cell-rotation around arbitrary axes in 3D with multi-core fiber[J]. Biomedical Optics Express, 2021, 12（6）: 3423-3437.https://doi.org/10.1364/BOE.4230352.Sun J, Wu J, Wu S, et al. Quantitative phase imaging through an ultra-thin lensless fiber endoscope[J]. Light: Science & Applications, 2022, 11（1）: 1-10.https://doi.org/10.1038/s41377-022-00898-2

2011年11月29日 10:00-11:00，海洋光学在光电新闻网上成功举办了&ldquo 微型光纤光谱仪在LED光谱测量中的应用以及常见问题分析&rdquo 在线语音研讨会，近200名观众报名和关注，对此次参加的观众，海洋光学致以最诚挚的感谢。10日前我们将公布参加此次研讨会观众的中奖名单，敬请关注。 本次研讨会主要是介绍微型光纤光谱仪在LED照明领域中的应用及测量方法，可以用于LED等光源及其灯具的在线快速光谱测量测试及其品质控制，可以进行光度测量诸如：光通量、照度、光强、亮度；及颜色特征测量诸如：主波长、色度坐标、色纯度、显色指数、色差、色温。希望可以为工业生产及其标准计量规范提供参考与借鉴。 视频回放请点击：http://webinar.ofweek.com/activityDetail.action?activity.id=4391010&user.id=2 12月海洋光学还将以开展分别以太阳能模拟器、拉曼光谱仪、膜厚测量、球\平面光学器件测试系统为主题的在线研讨会，了解最新信息请关注：http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20111202/3683816/ 如果您想进一步了解光纤光谱仪及其应用，如果你有更好的建议和意见希望和我们分享，请关注我们的论坛： http://bbs.instrument.com.cn/forum_653.htm

摘要：光纤光谱仪自从上个世纪末被发明以来，其应用越来越广泛。交叉式切尼-特纳(czerny-turner，简称c-t)光路和基本型c-t光路(m型光路)，是光纤光谱仪中最常见的两种分光光路，本文将详细介绍交叉c-t光路和m型光路的基础原理和各自的优缺点，交叉c-t光路结构紧凑、灵敏度较高，而m型光路分辨率较高、杂散光性能更优。　　常见的微型光谱仪一般是基于光栅分光，光谱仪的光学光路系统主要分为反射式和透射式系统，透射式系统光学系统体积较小并且光强较强，但在远红外到远紫外的光谱范围内缺少制造透镜所需要的材料，会导致测得的光谱曲线不准，因此现代微型光谱仪很少采用这种结构 反射式系统适用的光谱范围较广，虽然相比透射式系统光强较弱，但反射镜不产生色差，利于获得平直的谱面，成像镜选用反射镜能够保证探测器系统接收光谱的质量。所以市面上主要以反射式光路的光谱仪为主。　　反射式光路中，目前光纤光谱仪市场，比较普遍采用的光路结构形式分为：基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构(非交叉式)和交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路结构。基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构因其形状酷似字母“m”，因此也常被称为m型光路结构，这便是m型光路的由来。　　图 1基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构，光路看上去像字母“m”，所以也称为m型光路。m型光路看上去也像阿拉伯数字“3”，因此奥谱天成m型光路光谱仪的名称均带有3(第三位数为3)，如atp5030、atp5034、atp3030、atp3034 　　图 2 交叉式c-t光路结构示意图　　光谱仪光路的光学性能，主要受数值孔径、球差、像散、慧差，及各种像差的综合性影响，从而决定了系统的光学灵敏度、杂散光和光学分辨率。　　常见光谱仪采用球面反射镜，球差是必然存在的，球面镜无法使系统中各球差项相消，交叉式和m型光路都只能校准到一定的水平，球差是一种累加的方式。m型光谱仪可通过控制相对孔径来使球差小于像差容限，从而满足分辨率的要求，在设计中有选择的缩小m型光路的数值孔径可以比较明显的提高分辨率。如果想更进一步的消除球差影响，那么可以采用抛物面或者自由曲面的方式来进行优化设计，但是成本昂贵，加工难度大，所以目前并没有被市场接受。　　交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路结构的慧差相对于m型光路来说有个相对突出的特点是，慧差可以被校准到一个比较理想的数值，并且得到的光谱斑点较为规整。具体体现在对交叉式结构分辨率的提升上。　　m型光路在像散优化中具有明显的天然优势，可将像散校正到一个很低的水平。相反的交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路在像散的校准方面比较弱，使得该光路的光谱分辨率较低。　　m型光路由于是一种相对对称的光学结构，杂散光会略微好于交叉对称型光路，但这并不会直接体现在两种系统的杂散光最终指标上。杂散光的抑制主要还是通过外部光学陷阱，内部采用吸光材质或者增加粗糙度来提高对漫反射光的吸收，最终达到消除杂散光效果。　　交叉式切尼-特纳光路是由m型光路发展而来，我们通常认为交叉式光路是一种折叠式的光路，所谓折叠式就是在整体的结构尺寸和空间利用上有必然的优势，结构更紧凑合理。m型光路则是一种展开式光路，在整体的尺寸和空间利用上不及交叉式切尼-特纳光路。因交叉式光路最为紧凑，所以在微型光谱仪中通常采用的是就是这种交叉式光路。而针对于分辨率要求比较高的场合则更多的采用m型光路。　　分辨率是光谱仪最重要的指标之一，从像差优化设计来看，m型光路像差优化效果更好，使得m型光路拥有更佳的分辨率，主要被用于高分辨率光谱仪中。而交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路则用于中低分辨率光谱仪中。表 1 m型光路和交叉式c-t型光路的对比　　奥谱天成的光谱仪系列产品齐全，依据m型光路和交叉式切尼-特纳光路各自的光路特点和客户需求，设计了多款相应的仪器，各自均对应不同的应用领域：　　l atp2000、atp5020、atp3040、atp5040采用了交叉型ct光路，重点突出结构的紧凑性和高灵敏度 　　l atp3030、atp5030、atp3034、atp5034采用m型光路，重点突出高分辨率和低杂散光。　　狭缝50μm，光谱仪范围200-1000nm两者的分辨率对比。图3可观察到，m型光路整段分辨率表现为中间最好，两边逐渐变差 交叉型光路往长波方向分辨率逐渐变好。这部分的差异主要体现在设计优化中，可从设计中去调整不同的分辨率走势来达到设计的要求。图4中可看出，在520nm处两种不同光路的点列图情况，m型光路的rms半径值为11 μm，交叉型ct光路的rms半径值为98 μm。m型光路实际测试fwhm=1.3nm，交叉型光路实际测试fwhm=2.5nm。m型光谱仪分辨率明显好于交叉型光谱仪。在实际的使用和光谱仪选择中，客户可根据分辨率、杂散光、灵敏度、体积等几个指标有针对性的挑选相应的光谱仪，从而使得仪器与使用需求完美匹配。图 3 奥谱天成生成的atp2000和atp3030图 4 两种光路结构的分辨率rms spot radius对比，200-1000nm波长范围，从图中可以看出，交叉c-t型光路的光斑尺寸为75 μm，而m型光路的光斑尺寸仅为3.5 μm，m型光路的分辨率优于交叉c-t型 (a)交叉型ct光路(该光路应用于atp2000) (b)m型光路(该光路应用于atp3030)　　图 5 200-1000nm光谱范围，两种光路结构在520nm处的分辨率对比，交叉c-t型光路为98.9 μm，m型光路为11 μm，可知m型光路的分辨率明显优于交叉c-t型 (a) atp2000交叉型ct光路 (b) atp3030m型光路表 2 奥谱天成采用m型光路的光纤光谱仪和采用交叉c-t光路的光纤光谱仪，型号的第三位数字为3的均为m型光路 型号首位数字为5、6的，探测器具有制冷。　　图 6 奥谱天成的光纤光谱仪产品集

可再生能源和绿色能源是驱动未来经济发展的动力。作为重要的可持续能源技术之一，太阳能电池将成为主要能源以满足全球对能源的需求。在各类太阳能电池中，染料太阳能电池以其较高的性价比而得到了广泛应用。 　　传统的染料太阳能电池利用纳米颗粒和纳米线来提高其光电转换效率。然而这些都是基于二维的平面结构，从而限制了此类光电池效率的进一步提高。美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)王中林教授领导的研究小组研制开发出纳米和光纤技术相结合的三维染料太阳能电池。其独特的三维结构大大提高了同类太阳能电池的光电转换效率。这一最新成果近期发表在德国《应用化学》(Angewandte Chemie) 上。 　　王中林教授，魏亚光博士和研究生本杰明温超布将太阳能电池结构和光纤技术结合在一起，利用纳米结构实现了三维光电池的设计。光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳能电池主体结构包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列(如图所示)。太阳光从光纤一端延轴向入射并传播。三维太阳能电池的核心设计思想在于入射光在光纤内传播过程中多次反射。每一次反射过程中，入射光会通过氧化锌纳米线与其表面附着的染料相互作用。多次反射增加了入射光子与纳米线表面的染料相互作用的次数，从而大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。实验结果表明，对于同一个三维染料太阳能电池，相对于光线照射在光纤侧壁，光线延轴向传播将太阳能电池的能量转换效率提高了六倍。在一个太阳(AM 1.5)光照下，基于氧化锌纳米线的三维染料太阳能电池的光电转换效率达到3.3%。这一效率比此前报道的同类型二维染料太阳能电池的最高效率高出120%，比使用带有二氧化钛薄膜涂层的氧化锌纳米线的染料太阳能电池效率高出47%。 　　新型的三维染料太阳能电池在科研和实际应用中具有以下突出特点。从物理学的角度来看，以纳米线为基础的二维染料太阳能电池的表面面积较小，从而限制了染料的加载和对太阳光的吸收。增加纳米线的长度可以增大表面积，但纳米线的长度受到材料制备和电子扩散长度的限制。三维染料太阳能电池的独特结构克服了上述困难：入射太阳光在光纤内多次反射，在不增加电子输运距离的情况下多次与纳米线表面的染料相互作用，大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。在应用上，三维染料太阳能电池具有以下主要优点：首先，光纤的使用使得太阳能电池得以远程工作和具有高移动性。它可以工作在太阳光无法到达的地层和海洋深处 其次，三维染料太阳能电池可以有更小的尺寸，更高的效率，更大的流动性，更可靠的设计，更灵活的形状，并有可能降低生产成本 第三，三维染料太阳能电池可以在不同的光强下有效工作，具有较高的动态工作范围。此研究成果为设计使用光纤和有机、无机材料混合结构的三维高效多功能太阳能电池开辟了崭新方法和思路。 　　光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳能电池结构和基本工作原理示意图。A)三维染料太阳能电池包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列。图中上半部为传统光纤用于光线的远程传输，下半部为太阳能电池用于光电转换。B) 三维染料太阳能电池的细节结构。

p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/6a0406ca-f6ff-46f5-803d-219f94895bf3.jpg" title=" Avantes.jpg" / /p p 　　荷兰Avantes公司是世界上微型光纤光谱仪的领导者之一，Avantes公司在科研、工业和OEM领域有着超过20年的丰富经验，并可以为客户提供定制光谱仪服务。Avantes公司的光谱仪由于其出色的时序控制能力而被广大LIBS客户所采用。 /p p 　　应用领域：煤质分析、矿物分析、土壤分析、宝石鉴定、环境检测等。 /p p 　 strong 　冶金分析AvaLIBS全配置系统(2017年上市) /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/1529d53e-83b1-4510-ac32-c0f3ec3d6056.jpg" style=" width: 200px height: 137px " title=" AvaLIBS全配置系统（2017年上市）1.jpg" width=" 200" height=" 137" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" / img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/035f9337-64ee-44df-be68-3714f9632cd9.jpg" title=" AvaLIBS全配置系统（2017年上市）2.jpg" width=" 200" height=" 147" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 200px height: 147px " / img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/c8ad5002-5b8d-4d37-8ef0-03a50afdf916.jpg" title=" AvaLIBS全配置系统（2017年上市）3.jpg" width=" 200" height=" 132" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 200px height: 132px " / /p p 　　AvaLIBS全配置系统包括激光器、光谱仪、样品室、采样及分析软件，客户可以方便地利用LIBS技术进行样品分析工作。 br/ /p p 　　 strong AvaSpec多通道光谱仪——科研用LIBS光谱仪(2016年上市) /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/bbfb6fed-304d-4e76-838a-1af39723215d.jpg" title=" AvaSpec多通道光谱仪——科研用LIBS光谱仪（2016年上市）.jpg" width=" 250" height=" 182" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 250px height: 182px " / /p p br/ /p p 　　AvaSpec多通道光谱仪，由仪器主板上的微处理器控制，使得不同通道间可以实现同步采样，非常适合于既需要宽波长范围又需要高分辨率的LIBS科研工作。 /p p 　　 strong AvaSpec-Mini4096CL——OEM用光谱仪(2018年上市) /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/cb9d6933-af19-4470-9231-732e4937d1b0.jpg" title=" AvaSpec-Mini4096CL——OEM用光谱仪（2018年上市）.jpg" / /p p br/ /p p 　　全新一代AvaSpec-Mini微型光纤光谱仪，使用CMOS探测器和全新的电路设计。采用自动化平台生产，产品一致性更加出众，生产效率进一步提升。名片大小的体积，非常适合手持设备开发。 /p p 　　l 优秀的热稳定性 /p p 　　l CMOS技术，更加精准的时序控制 /p p 　　l 4096像素搭配灵敏度增强透镜，兼顾灵敏度与分辨率 /p p 　　l 完善的二次开发支持，适用于手持设备开发 /p p br/ /p

多模光纤成像技术因其超细微型探头和柔性结构带来的灵活性优势，在生物体内成像、工业检测等领域具有广阔的应用前景，获得了业界广泛的关注。目前，多模光纤成像技术主要分为两类，一类通过在光纤远端产生聚焦点进行扫描成像，另一类通过探测光纤近端的散斑场来恢复光纤远端被探测的全场图像。这两种技术途径已有较完善的理论支撑，能得到较清晰的探测图像，但同时也具有一些难以弥补的劣势。例如：受限于空间光调制器、CCD或CMOS器件的刷新速度，成像帧率较低，难以对高速的事件进行成像；结构中包含自由空间光学元件，因此需要精密的光学对准，无法与传像主体集成实现全光纤化，限制了其应用范围；成像波长受限于CCD或CMOS器件的感光光谱范围，限制了其在红外波段的成像能力。上图 高速多模光纤成像系统示意图。a：实验原理图；b：以神经网络进行图像恢复的流程图；c：光纤探头示意图；d：照明光（黄色箭头）侧面注入探测光纤的示意图，信号光（红色箭头）在纤芯中传播；e：探测光纤远端照片，端面通过烧球来更好地聚焦照明光，比例尺500微米。为此，清华大学精密仪器系先进激光技术研究团队基于十多年来在光纤激光器、光纤器件和光纤传感的技术积累，提出了基于多模光纤模式色散和深度学习的高速全光纤化成像技术。该技术采用皮秒脉冲光纤激光照明被测物，利用多模光纤的模间色散特性将被探测图像的空间信息在时域上展开，时域信息通过单像素探测器进行探测，并借助神经网络训练的方法，由一维时域信息恢复出二维图像信息，整体结构和原理如图1所示。图2 被探测图像与其对应的波形和恢复结果该技术通过一个光纤侧面耦合器将皮秒脉冲光纤激光耦合到探测光纤中，然后从光纤的远端出射照到物体上，反射光进入探测光纤后紧接着进入与之连接的一公里长的50/125微米直径多模阶跃光纤中传播。由于模间色散的存在，进入多模光纤的脉冲光会产生分裂形成脉冲串。如图2所示，不同的光纤横模具有不同的群速度，因此在时域上会彼此分离，而这些横模包含了被探测图像的空间信息，通过模式色散便可将被探测物体的空域信息在时域上展开。图3 不同类型图案的成像效果通过超快光电探测器可以获得脉冲串波形，经神经网络模型进行训练后，可以直接从不同的脉冲波形中恢复出被探测图像。图3展示了来自不同数据库中图案的成像效果。该系统的成像帧率主要取决于脉冲光的重频，目前实验中已实现高达15.4Mfps帧率的成像，并实验验证了达到53.5Mfps帧率的可行性。系统在高帧率成像的同时具备连续采集一万帧图像（大帧深）的能力。如果采用重复频率更高的激光照明源，并搭配更快的光电探测器和时域波形采集设备，其帧率可以持续提升。团队所提出的新技术的突出优点是：帧率主要由脉冲光源的重频决定，成像帧率高；全光纤化的系统结构紧凑，细如发丝的探头大大增加了灵活性；单像素成像，探测波段不再受限于可见光，可扩展到近红外、甚至中波红外等其他波段；采集时域信号而非空间分布，抗干扰能力强。该系统在某些高速成像场景中比如体内高速细胞成像，或工业场景下对难以开放系统的内部高速成像检测等领域具有巨大应用潜力。该研究成果近日以“深度学习赋能全光纤高速图像探测”（All-fiber high-speed image detection enabled by deep learning）为题，发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。该论文通讯作者为清华大学精密仪器系副教授肖起榕，第一作者为精密仪器系2018级博士生刘洲天。该研究得到了国家自然科学基金资助。 清华大学精密仪器系先进激光技术研究团队学术带头人为系主任、教授柳强，团队以现代化强国建设与国家重大需求为导向，着眼于光电子技术领域的科学与技术发展前沿，围绕固体激光、光纤光学、自适应光学、激光探测等方向，开展基础科学探索、应用基础研究和系统技术研发，全面覆盖高功率激光光源、光束控制、光电探测等技术领域。团队承担国家科技重大专项、国家重点研发计划、“973”计划、“863”计划、重点验证、专项配套型号研究等一系列重大项目，形成了从高功率激光光源到微弱光电信号测控的整套技术链条，具备完整的激光光电和测控技术能力，在相应研究方面取得了重要进展。2018年获批建设光子测控技术教育部重点实验室，2019年入选重点领域科技创新团队。

2016年1月12日，英国豪迈旗下的光纤制造专家飞博盖德（fiberguide.cn）在美国新泽西州的斯特灵市的总部宣布已擢升Devinder Saini博士为公司的技术副总裁，负责开发新产品和新技术，扩大飞博盖德的定制化光纤产品及组件的市场供应，以及飞博盖德的研发、应用工程和专业光纤研发小组的监督检查工作。光纤品牌飞博盖德的新晋技术副总裁Devinder Saini博士。飞博盖德的总裁Patricia Seniw说：“Devinder的加入使团队如虎添翼，他所研发的开创性成果使我们有幸能够在今年2月份举行的美国西部光电展中展示公司新技术。”Saini博士在科研产品研发领域拥有超过30年的丰富经验。在加入飞博盖德并担任技术总监之前，Saini博士曾在OxySense有限责任公司和FCI Environmental有限责任公司（位于内华达州拉斯维加斯市）就职，在那里担任过副总裁和首席科学家。Saini博士在英国伦敦的城市大学获得物理学博士学位，之前则在英国伦敦获得了泰晤士理工大学（今更名为格林威治大学）的材料分子学硕士学位，以及伦敦大学的物理学和天体物理学学士学位。关于飞博盖德和英国豪迈：美国飞博盖德工业有限公司（Fiberguide）生产多种工业标准的和按需定制的高传输光纤和超精密光阵列。公司经过美国食品和药品管理局登记注册，被确定为合同制造商和定制设备制造商。飞博盖德的光纤工厂位于美国新泽西州的斯特林（Stirling），同时在爱达荷州的卡德维尔（Caldwell）也有制造/装配厂。飞博盖德是英国豪迈（Halma）的子公司，隶属于豪迈的环境与分析事业部。1894年创立的英国豪迈如今是全球安全、医疗、环保产业的投资集团，伦敦证券交易所的上市公司，富时指数的成分股。集团在全球有5000多名员工，近50家子公司，在中国的上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处，并在多地建立了工厂和生产基地。

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　超导纳米线单光子探测器（SNSPD：Superconducting nanowire single-photon detector）作为一种高性能的单光子探测器，已广泛应用于量子信息、激光雷达、深空通信等领域，有力推动了相关领域的科技发展。 /p p 　　SNSPD器件主要有两种光耦合方式，一种是垂直光耦合方式，光纤端面平行于SNSPD光敏面，光子垂直入射到纳米线上，采用光学腔体或反射镜结构实现高效光耦合。利用该类耦合结构，中国科学院上海微系统与信息技术研究所已实现NbN基SNSPD系统探测效率超过90%，相关结果发表后受到国内外广泛关注。该光耦合结构的特点是，可以实现高光耦合效率，但受限于光耦合结构，工作波长范围受限。另一种光耦合方式是波导光耦合方式，将纳米线制备在光波导上，可实现高效的本征吸收。但光纤到波导的耦合效率较低，使这类器件仅能作为片上光子学的解决方案，无法作为独立单光子探测器使用。 /p p 　　上海微系统所/中国科学院超导电子学卓越创新中心尤立星研究员团队和浙江大学教授方伟、童利民团队合作，首次提出微纳光纤耦合的SNSPD器件结构。该结构将SNSPD器件置于微纳光纤的倏逝场内，实现纳米线对微纳光纤中传输的光子吸收。光学计算显示，该类结构有望实现高吸收效率的同时，保持很好地宽谱特性。经过上海微系统所巫博士君杰和浙江大学博士徐颖鑫等近3年实验探索，科研团队研制出微纳光纤耦合SNSPD器件。在1550nm/1064nm工作波长，系统探测效率分别达到20%/50%。相关成果近日发表在 em Optics Express /em 上，该结果有望在新型SNSPD器件及微纳光纤领域开辟新的研究方向。 /p p 　　研究工作得到了国家重点研发计划项目“高性能单光子探测技术”、中科院战略性先导科技专项（B）“超导电子器件应用基础研究”、自然科学基金以及上海市科委等的资助。 /p p br/ /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171213665024470514.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/uepic/bc478657-1ca0-4a06-a7b0-fc3659b0aeca.jpg" / /p p style=" text-align: center " 微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器原理示意图 /p

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北京时间2月28日上午消息 由美国宾夕法尼亚州立大学的化学家John Badding带领的一组科学家，研发出了一种由硒化锌为核心材质的光纤，可用于半导体的淡黄化合物。 　　这种新型光纤，可对光进行更高效更自由的操作，将为激光雷达技术开拓更多应用打下基础。这种技术可进一步改进医疗激光手术，为军队提供更先进的激光器，用于测量检测污染物，探测恐怖主义的化学药物传播，科学家们的这项研究成果已经登载在材料科学顶级期刊Advanced Materials。 　　Badding说：“我们都知道光纤是现代信息时代的发展基石，新研制出的这种长而细的光纤，只有三根人类头发那么细，却可以每秒传输太字节的数据，相当于250个DVD里刻录的信息。而且，仍然有各种方法可以改善这个技术。” 　　Badding解释说，现有的光纤技术总是受限于玻璃材质，他说：“玻璃的原子排列是偶然性的，而新材质与之相反，硒化锌晶体物质是高度有序的，这种有序性非常有利于光在长波中的传输，特别是在中红外中的传输。” 　　Badding说：“和石英玻璃传统上用于光纤不同，硒化锌是一种化合物半导体，我们一直都知道，硒化锌是一种有用的化合物，可以对光进行多种操作，这是石英玻璃无法做到的。特殊之处是让硒化锌变成纤维结构，这是以前从未做到的。” 　　科学家们发现，由硒化锌合成的光纤有两大用途，首先他们发现新的光纤在颜色转换时更有效率，Badding解释说：“传统的光纤用于信号、显示以及艺术上，但并不能保证时刻都能得到想要的颜色，硒化锌利用非线性频率转换，在颜色变化上能力非常好。” 　　其次，科学家们发现，新光纤不仅在可见光谱中提供更多功能的应用，在红外线中也可以，波长的电磁辐射比可见光更长。

光子集成电路 (Photonic Integrated Circuit，PIC) 与电子集成电路类似，但不同的是电子集成电路集成的是晶体管、电容器、电阻器等电子器件，而光子集成电路集成的是各种不同的光学器件或光电器件，比如激光器、电光调制器、光电探测器、光衰减器、光复用/解复用器以及光放大器等。集成光子学可广泛应用于各种领域，例如数据通讯，激光雷达系统的自动驾驶技术和医疗领域中的移动感应设备等。而光子集成电路这项关键技术，尤其是微型光子组件应用，可以大大缩小复杂光学系统的尺寸并降低成本。光子集成电路的关键技术还在于连接接口，例如光纤到芯片的连接，可以有效提高集成度和功能性。类似于这种接口的制造非常具有挑战性，需要权衡对准、效率和宽带方面的种种要求。针对这些困难，科学家们提出了宽带光纤耦合概念，并通过Nanoscribe的双光子微纳3D打印设备而制造的3D耦合器得以实现。该3D自由曲面耦合器利用全内反射，结合Nanoscribe的3D微加工技术可直接在光子芯片上进行3D打印制作。该新型技术可应用于例如光通信技术，计算机传感器等领域，并且科学家们已经在微型光谱仪上验证了光纤到芯片的键合技术，用于便携式传感技术和芯片实验室（微流控芯片技术）。连接芯片到光纤的3D对接耦合器 来自德国明斯特大学物理研究所，CeNTech纳米技术中心，马克思伯恩研究所和柏林洪堡大学的多学科研究团队提出了这个全新概念并共同研发了连接芯片到光纤的3D聚合物耦合器。该3D耦合器基于全内反射的原理直接在光子集成电路上进行3D打印。这种新颖的方法旨在于可见光波长范围内实现低损耗和宽带光纤到芯片的耦合。该设计由模式转换器，全反射平面和一个充当将光速聚集到光纤端面上的透镜球体所组成。这项研究的成果证明耦合可扩展性的概念可通过3D微纳加工技术得以实现。 LEFT:SEM of a freeform 3D fiber-to-chip coupler printed by means of Nanoscribe’s Photonic Professional GT system and connected to a silicon nitride waveguide.RIGHT: Close-up view of the 3D-printed coupler on total internal reflection for fiber-to-chip coup领.Image: H. Gehring, W. Hartmann, W. Pernice et al., University of Münster3D微纳加工实现光子封装 通常，在一个微纳芯片上组装各种光子和光学组件需要多个步骤来完成操作，例如组装、对准、拾取和放置或固定等一系列操作步骤。而利用3D微纳加工技术则可以轻松地在光子集成电路上直接打印高精度自由曲面的微纳组件。因此，3D打印可以大大节省光子封装过程中的设备成本和时间成本。SEM of a photonic chip with several devices illustrating scalable fabrication of hybrid 3D-planar photonic circuits.Image: W. Hartmann, H. Gehring, W. Pernice et al., University of Münste近年来，随着光学、光电子、纳米光子和仿生等领域中各种微纳器件的广泛开发，与之相应的3D微纳加工技术逐渐成为加工技术中的重要一环。 凭借着独有的3D微纳加工技术，Nanoscribe参与了各种研究项目，以开发基于集成光子学新技术。例如,在MiLiQuant研究项目中，Nanoscribe与科学以及工业领域的合作伙伴一起开发了具有微型化，稳定频率和功率的二极管激光器。该项目旨在为医疗诊断产业应用，自动驾驶传感器和基于量子的成像方法制造合适的辐射源。 此外，Nanoscribe还在今年年初加入了欧盟资助的研究项目Handheld OCT。这是由来自不同大学、研究机构和科技公司的科学家和工程师们所组成的研究团队，旨在开发用于眼科检查的便携式成像设备。该新型设备可以拓展基于光学相干断层扫描技术（OCT）的应用，实现从现在的固定眼科临床使用扩展到即时眼科移动护理中。更多有关双光子微纳3D打印产品和技术应用咨询，欢迎联系Nanoscribe中国分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳3D打印系统： Photonic Professional GT2 双光子微纳3D打印设备 Quantum X 灰度光刻微纳打印设备

一、背景介绍：机器视觉可称为人工智能的“慧眼”，成像系统的标定又是机器视觉处理的重要环节之一，其标定精度与稳定性直接影响系统工作效率。在传统机器视觉与摄像测量标定领域，小孔透视模型仍存在高阶透镜畸变无法完备表征和多类复杂特殊成像系统不适用的问题。而基于光线的模型以成像系统聚焦状态下每个像素点均对应空间一条虚拟主光线为前提假设，通过确定所有像素点所对应光线方程的参数即可实现标定与成像表征，可避免对复杂成像系统的结构分析与建模。基于该光线模型，研究院相关课题组发展了各类特殊条纹结构光三维测量方法与系统，实验证明光线模型可通用于多类复杂成像系统的高精度测量，是校准非针孔透视成像系统的有效模型，可作为透视模型的补充。二、光线模型Baker等人最早提出了一种可表征任意成像系统的光线模型[1]，认为图像是像素的离散集合，并以一组虚拟的感光元件“光素”表示每个像素与某像素相关联的空间虚拟光线间的完整几何特性、辐射特性和光学特性，如图1所示。因此，光线模型的标定即确定出所有像素点对应的光线方程，无需严格分析和构建成像系统的复杂光学成像模型，具备一定的便携性和通用性，从一定程度上也可避免镜头畸变的多项式近似表征引入的测量误差，为非小孔透视投影模型成像系统的表征提供了一种新的思路。图1 成像系统的光线模型示意图三、基于光线模型的条纹结构光三维测量在条纹结构光投影三维测量领域，光线模型一方面可作为三维重建的光线方案，用于表征大畸变镜头、光场相机、DMD投影机、MEMS投影机等多类特殊结构的成像与投影装置，可发展新的基于光线模型的条纹结构光三维测量方法与系统；另一方面，发掘光线模型在结构光测量中的优势，光线模型对克服投影与相机的非线性响应、大畸变镜头成像下提升三维重建精度具有优异的效果。3.1 Scheimpflug小视场远心结构光测量系统光线模型与三维测量课题组开发了小视场远心结构光测量系统，采用Scheimpflug结构设计确保公共景深覆盖，如图2所示。考虑到远心镜头属平行正交投影、Scheimpflug倾斜结构造成畸变模型非中心对称，因此，提出一种基于光线模型的非参数化广义标定方法[2]。系统中相机与投影机成像过程均采用光线模型表征，标定其像素与空间光线对应关系，计算光线交汇点坐标，实现三维重建。图3展示了系统实物图与五角硬币局部小区域的三维测量结果，测量精度为2 μm。图2 Scheimpflug小视场远心结构光测量系统图3 测量系统实物图与五角硬币局部的三维测量结果3.2光场相机的光线模型标定与主动光场三维测量课题组发展了基于主动条纹结构光照明的光场三维测量方法与系统。光场相机通过在传感平面前放置微透镜阵列，实现光线强度和方向的同时记录，由于存在微透镜加工误差、畸变像差、装配误差等复杂因素影响，光场相机完备表征与精密标定是个难题。课题组提出光线模型表征光场成像过程[3]，即将光场相机内部看作黑盒，直接建立像素m与所对应的物空间光线方程l的参数，如图4所示。并通过标定光场所有光线与投影条纹相位的映射关系实现被测为物体的高精度三维测量，考虑光场多角度记录特点，构建基于条纹调制度的数据筛选机制，实现了场景的高动态三维测量，如图5所示，黑色面板与反光金属可同时重建。图4 光场成像模型图5 主动光场高动态三维测量3.3 DMD投影机与双轴MEMS激光扫描投影机的光线模型标定与三维测量基于微机电系统（MEMS）激光扫描的投影机以小型化、大景深的优势被应用于条纹投影测量系统，如图6（a）所示。但由于其依赖激光点的双轴MEMS扫描投影图案，不依赖镜头成像，透视投影模型表征会存在一定误差。此外， DMD等依赖镜头成像的投影机，大光圈设计也会影响小孔透视投影模型的表征精度。对此，课题组采用光线模型表征投影机[4]，并提出了一种基于投影机光线模型的条纹投影三维测量系统标定方法，该方法根据双轴MEMS投影的正交相位对光线进行识别追踪，利用投影光线与相机构建的三角测量实现了三维重建。进一步发现：由于投影光线的相位一致性特性，光线模型可显著抑制系统非线性响应引起的测量误差，图6（b）展示了单目系统在3步相移条件下（未额外矫正非线性响应），分别使用透视投影模型与光线模型对石膏雕塑的三维重建结果，可见光线模型对非线性响应影响具有免疫性。图6 双轴MEMS激光扫描投影原理和石膏雕塑三维重建结果（3步相移，左图为透视投影模型，右图为光线模型）3.4单轴MEMS激光扫描投影机光线模型标定与三维测量单轴MEMS投影机将激光点扫描拓展为面扫描大幅提升了投影速率，可应用于动态测量。针对单轴MEMS投影机无透镜结构使得针孔模型不适用、单向投影无法提供正交相位特征点的问题，课题组提出一种基于等相位面模型的系统标定方法[5]，推导出了相机反向投影射线与该等相位面交点处的三维坐标值与相位值间新的映射函数，实现了快速三维重建。图7展示了使用高速相机搭建的单目测量系统和重建场景，投影采集速率为1000 frame/s，采用4步相移与雷码图相位展开，三维重建速率为90 frame/s。后续为适应更高速率测量应用，可将单目扩展为双目或多目系统，采用单帧解调相位和多极线约束相位展开等方法减少投影图像数量，提升三维测量速率。图7三维测量系统与动态重建场景3.5大畸变镜头成像的光线模型标定与三维测量针对传统低阶多项式不能完备表征大畸变镜头的问题，课题组采用光线模型表征大畸变镜头相机成像，并提出一种完全脱离对相机和投影机内参依赖（透视模型依赖相机与投影机内参）的光线与条纹相位映射的三维重建方法。通过直接标定相机光线与条纹相位的倒数多项式映射系数，避免了繁琐耗时的对应点搜索与光线插值操作。图8为装配4 mm广角镜头的光线标定结果与标准球三维测量结果，可见由于广角镜头畸变较大，光线模型较透视模型重建质量有所提升。图8 广角镜头光线标定与标准球三维测量数据的拟合误差分布（a）透视投影模型，（b）光线映射模型四、总结光线模型通过确定所有像素点所对应光线方程的参数实现标定与成像表征，从而避免了对复杂成像（投影）系统的结构分析与建模，解决了特殊条纹投影三维测量系统的标定与重建问题，同时在条纹投影三维测量的系统非线性相位误差抑制和精度提升上展示出优异性能。在结构光三维测量的未来发展中，可进一步扩展光线模型三维测量的方法与应用，提升测量精度、效率与通用性，解决各类特殊复杂场景中的应用测量问题。参考文献[1] Baker S, Nayar S K. A theory of catadioptric image formation[C]//Sixth International Conference on Computer Vision (IEEE Cat. No.98CH36271), January 7, 1998, Bombay, India. New York: IEEE Press, 1998: 35-42.[2] Yin Y K, Wang M, Gao B Z, et al. Fringe projection 3D microscopy with the general imaging model[J]. Optics Express, 2015, 23(5): 6846-6857.[3] Cai Z W, Liu X L, Peng X, et al. Ray calibration and phase mapping for structured-light-field 3D reconstruction[J]. Optics Express, 2018, 26(6): 7598-7613.[4] Yang Y, Miao Y P, Cai Z W, et al. A novel projector ray-model for 3D measurement in fringe projection profilometry[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2022, 149: 106818.[5] Miao Y P, Yang Y, Hou Q Y, et al. High-efficiency 3D reconstruction with a uniaxial MEMS-based fringe projection profilometry[J]. Optics Express, 2021, 29(21): 34243-34257.课题组简介：本文作者：刘晓利 ，杨洋 ，喻菁 ，缪裕培 ，张小杰 ，彭翔 ，于起峰 ；深圳大学物理与光电工程学院深圳市智能光测与感知重点实验室。以于起峰院士领衔的深圳大学智能光测图像研究院主要研究方向包括大型结构变形与大尺度运动测量、超常光学测量与智能图像分析、计算成像与三维测量以及多传感器融合感知与控制等。

光纤权威研究机构CRU表示，今年以来西欧、美国、巴西和俄罗斯等主要光纤市场增长疲软，而中国市场继续强劲增长，从2011年占全球份额的46%增长到2012年前三季度的49%，而且预计2012年第四季度仍将保持这个态势。 　　换言之，中国光纤市场份额2012年预计将占全球市场的49%。 　　2012年前三季度全球光缆销量1.77亿芯公里，相比去年同期的1.59亿芯公里，增长了11%。裸光纤的产量是1.92亿芯公里，这意味着，今年全球光纤总产量将超过2.5亿芯公里。 　　今年美国在“刺激法案”的带动下，电信开支增长有令人鼓舞的迹象。美国AT&T、中国三大运营商和欧盟运营商将在11月下旬批准90亿欧元(115亿美元)的电信开支。 　　从中国光纤厂商今年上半年的财报来看，上半年中国光纤一直处于供应紧张的状态，这种状态将一直延续到下半年。同时，自2010年中国光纤厂商掀起扩产风潮以来，光纤产能已经逐步释放。