对新兴科技发展前景(神通科技发展前景如何)满满干货

Opto-Electron Sci 2, 220025 (2023).

 

封面文章 | Liu HH, Hu DJJ, Sun QZ, Wei L, Li KW et al. Specialty optical fibers for advanced sensing applications.

Opto-Electron Sci 2, 220025 (2023).第一作者：刘奂奂，胡娟娟通信作者：沈平点击文章标题查看全文概述光纤技术改变了世界，促使世界范围内的通信和传感技术实现快速发展光纤传感器具有抗电磁干扰、重量轻、体积小、灵敏度高、带宽大、性能可靠、耐恶劣环境、易于实现多路或分布式传感器等优点。

迄今为止，光纤传感器在土木工程、环境监测、农业工程、生物医学工程等领域得到了广泛的应用特种光纤传感技术涵盖了各种类型光纤，例如预/后处理单模光纤、多模光纤、多芯光纤、光纤光栅、微结构光纤、聚合物光纤等与传统光纤传感器相比，特种光纤传感器在对折射率、应变、温度和磁场等物理参数的传感方面，灵敏度和分辨率等性能显著提高。

基于其光学性能优势，特种光纤的研究在实现和扩展光纤传感应用方面发挥着至关重要的作用例如，可穿戴传感技术得益于特种光纤的发展，包括基于光纤微结构的传感器、基于光纤干涉仪的传感器、聚合物光纤传感器和微纳米光纤传感器；基于特殊纤维和具有先进结构的光纤形状传感器，在提高性能的同时，在医疗、软体机器人、姿态感知、行为监测等方面的应用也越来越受到关注；点式传感器和分布式光纤传感器已得到了广泛的工业应用，如天然气管道、水下安全、负载梁结构、地球现象、电力变压器和井下环境等方面的监测。

不仅如此，特种光纤也广泛应用于生命科学相关临床和研究的生物传感器前沿进展南方科技大学沈平教授研究团队联合新加坡科技研究局资讯通信研究院、南洋理工大学、 美国波士顿大学、华中科技大学、吉林大学、深圳大学、广东省人工智能与数字经济实验室、广东工业大学、鹏城实验室等多个研究团队

受邀在Opto-Electronic Science （光电科学）2023年第2期发表了题为“Specialty optical fibers for advanced sensing applications

”的封面综述文章文章主要概述了特种光纤及其传感应用的最新进展，论述特种光纤在结构、材料、微纳加工等方面的创新，全面介绍了特种光纤传感器在各个领域的应用，并对特种光纤的发展前景和新兴研究领域进行了深入探讨，启发新意。

1. 特种光纤类型1.1 微结构光纤光子晶体光纤(PCF)的发明和首次使用的材料是二氧化硅材料，随后扩展到其他材料，如聚合物、硫族化合物等在PCF的芯层和包层上形成空气孔，使设计在实现空心芯制导方面具有灵活性，并提供了在常规光纤中无法达到的多种光学性能。

从广义上讲，PCF可以根据其导光机制进行分类，如折射率导引型全内反射导光机制、光子带隙(PBG)导光机制、抑制耦合导光机制、反谐振导光机制、扭转诱导导光机制以及折射率改变和PBG并存的混合导光机制PCF在物理、化学和生化传感应用中表现出优异的性能，作为一种多功能光学介质，给许多新颖的功能和传感应用提供了机会，并取得了显著的成就。

图1 具有特殊结构的光子晶体光纤示意图1.2 多材料多功能光纤近年来，研究学者致力于扩大材料库以及热拉伸光纤的能力，旨在打破用透明的二氧化硅玻璃和热塑性聚合物制作光纤的常规做法，开辟了“多材料多功能光纤”的新领域。

多材料多功能光纤是指在光纤芯和包层中加入特殊材料，实现传统通信光纤无法实现的多种功能图2展示了多材料多功能光纤的主要类型以及技术沿革

图2 多材料多功能光纤及其发展历史1.3 基于飞秒激光诱导双光子聚合技术的光纤微纳实验平台由于光纤具有超细截面、超高宽高比和弯曲表面等特性，传统的微纳米加工技术难以直接应用于光纤近年来，多光子光刻技术成为一种非常吸引人的技术，它可以在光纤中/表面制备独特的3D微纳米结构，这是传统的聚焦离子束和电子束光刻方法难以实现的。

基于“光纤微纳实验平台”的概念，已经报道了许多采用飞秒激光器诱导双光子聚合技术在光纤内部或者光纤表面制备多种微纳结构器件，包括光波导、微腔和微光学元件等等

图3 飞秒激光诱导双光子聚合光纤集成微纳平台加工及器件2. 光纤传感及其应用2.1 高灵敏光纤传感器新型特种光纤为探索新型功能和应用提供了新的机遇不同的物理参数，如折射率、温度、应变和磁场，可以通过弹性或热光学效应来调制或扰动特种光纤中的光传输。

文章综述了使用特殊光纤作为传感器测量折射率、温度、应变磁场的具体应用2.2 可穿戴传感器此外，一些光纤传感器还可广泛运用于可穿戴医疗监测设备中，比如光纤微结构传感器、光纤干涉仪传感器和基于特种光纤传感器。

图4 可穿戴光纤传感器应用领域2.3 光纤形状传感器作为一门快速发展的技术，光纤形状传感器（OFSS）凭借其内在安全性、生物兼容性和灵活性等优势，在生物治疗、软体机器人、结构健康监测、航空航天等领域均表现出巨大的进步和应用前景。

这些领域的共同要求是对形状位置的高灵敏度、高精度和实时的跟踪目前OFSS的测量方案主要是布拉格光栅、光频域反射和布里渊光时域分析仪

图5 光纤形状传感技术及应用前景2.4 工业应用传感器得益于光纤的低损耗和抗电磁干扰等优点，光纤传感器还可以应用于分布式传感在文章中主要综述了基于背向拉曼散射的分布式温度传感器、基于背向布里渊散射的分布式温度应变传感器和基于背向瑞利散射的分布式振动传感器，以及特种光纤在工业传感在应用。

图6 光纤传感技术工业应用示意图2.5 生物医学传感器随着特种光纤研究的不断深入，各种类型的光纤在生物传感仪器上得到广泛应用生物医学领域各种特定用途中感兴趣的光谱波段不同，而不同光纤结构具有不同的优势和局限性。

文章描述了特种光纤在几种生物医学传感模式中的应用，其中包括了生物识别传感器，光学相干层析成像（OCT），表面增强拉曼光谱（SERS），表面等离子体共振（SPR），迈克尔逊干涉测量和内窥镜总结与展望论文作者团队从特种光纤所用材料、光纤结构、微纳加工技术等源头出发，全面综述了特种光纤及其传感技术在智能感知、智能穿戴、生命健康、工业数字化等各个领域的应用，并探讨了特种光纤的发展前景和新兴领域。

在智联网驱动下，光纤传感技术需进一步结合前沿基础科学、材料加工、结构设计和集成系统等关键技术未来研究方向可包括：特种光纤预制棒技术，例如利用具有矩形空心芯的预制棒制作带状光纤，可在空芯光纤中填充液态金属，作为电极等；

多组分光电材料集成技术，例如通过毛细管破裂来制备具备叉指电极的光纤，使用更多的电极来减少光生载流子的传输时间，获得更好的器件带宽；特种光纤拉制技术，例如利用冷拉法制备石墨烯纳米带，实现低成本、简单、快速的制备石墨烯纳米带。

研究团队简介该综述联合团队包括南方科技大学、新加坡科技研究局资讯通信研究院、南洋理工大学、 美国波士顿大学、华中科技大学、吉林大学、深圳大学、广东省人工智能与数字经济实验室、广东工业大学、鹏城实验室等广东省集成光电子智感重点实验室扎根粤港澳大湾区，旨在打造国际一流的光电智感科技创新平台及人才培养平台，推动我国及广东省相关领域的技术创新和产业高质量快速发展。

实验室主任为南方科技大学沈平讲席教授实验室将从国家战略“数字中国”信息产业发展的急迫需要和长远需求出发，依托南方科技大学“电子科学与技术”重点学科展开攻关，建设以“光电智感”+“通信网络”一体化为特色的学术研究及人才培养基地，开展 “关键材料-传感器件-智能装备-系统网络”全链条式研究格局，贯通从物理层到应用层的环境及状态感知能力，助力打造泛在智联的基础设施体系，主要研究方向涵盖以下四个方面：集成光电子功能材料与器件、高性能集成光电传感器、光电智感装备及系统、通信感知一体化网络。

沈平，南方科技大学电子与电气工程系讲席教授，广东省集成光电子智感重点实验室主任，国家高层次人才，电气与电子工程师学会IEEE会士，中国光学学会会士，国际光学工程学会SPIE 会士，美国光学学会Optica（原OSA） 会士，电气与电子工程师学会光电子协会（IEEE Photonics Society）候任主席。

在特种光纤及传感技术、光纤激光、硅光芯片、生物医学光子及临床转化研究、太赫兹技术及应用等领域发表学术论文近400篇，引用次数超过两万次，H-index 68近年来，作为负责人申请研究经费超过五千万元曾担任新加坡南洋理工大学网络技术研究中心（NTRC）主任、光电子学研究中心（OPTIMUS）主任、光纤技术研究中心（COFT）主任、教学院长等。

担任多次大型国际会议主席，其中包括2017年度第12届亚太激光及光电峰会、第22届光电子通讯峰会及第5届全球光子大会联合会议（CLEO-PR|OECC|PGC 2017）；并为全球光子大会（PGC）、国际光通信与网络会议（ICOCN）、先进信息通信技术国际会议（ICAIT）、全球光电大会（OGC）等国际大会的发起者；培养的博士生/博士后获得国家杰青、国家特聘青年专家、国家优青、光电领域高新技术企业 2 家（其中1家已上市）等；与国内外高校合作紧密。

刘奂奂，南方科技大学电子与电气工程系，广东省集成光电子智感重点实验室，研究副教授胡娟娟，新加坡科技研究局资讯通信研究院可持续建筑环境所所长，资深科学家；新加坡南洋理工大学电气电子工程学院兼职副教授下载PDF

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