光子技术研究院关柏鸥团队在Nature Communications上发表重要成果

发布单位:机构人员汇总 [2021-07-16 00:00:00] 打印此信息

近日,光子技术研究院在光纤光声传感技术领域取得突破性进展,研究成果以“High spatiotemporal resolution optoacoustic sensing with photothermally induced acoustic vibrations in optical fibres”为题,于7月6日发表在Nature Communications上。

“片上实验室”将传统实验室中样品输送、混合与反应过程转移到小巧的微流控芯片上进行,这种方式能够显著降低样品用量和提升反应效率,为化学工程、环境监测与生物制药等领域带来新革命。如何对直径仅为毫米乃至几百微米的液流通道中液体的混合与反应过程进行实时监测,是具有挑战性的技术难题。光纤传感器尺寸小巧,可自由弯曲,特别适合于伸入通道进行介入式检测。团队提出光纤传感新思路,由脉冲激光在光纤上激发出声学振动,声学振动“模式”中包含着周围环境信息,利用光纤纤芯中探测光“读取”声学振动“模式”,获得周围环境介质信息。例如,溶液浓度越高,其声学阻抗越大,对应的振动信号衰减越快,通过衰减速率的测量结果获得浓度信息。利用脉冲激光沿着光纤轴向扫描,可以获得溶液浓度的空间分布。团队利用这一技术“拍摄”出微流通道中两种透明溶液的相互扩散过程,以10微米的空间分辨率、50Hz的帧速度对扩散界面的建立、稳定与消退过程进行可视化。这一研究成果提供了新的微流控检测手段,既具有高灵敏度,又具有高空间分辨和时间分辨能力。

与传统光纤传感器“被动”地响应周围环境变化的工作方式不同,该技术利用光波“主动”激发声波,通过声波与周围介质相互作用获知外界信息。实现这一思路的技术难点在于如何对微弱的声学振动进行检测,团队提出偏振外差放大机制,在射频频段对声致光学频率变化进行测量,能够在50MHz带宽下探测出低至10-10的相对折射率变化,从而获得极高的检测灵敏度。该技术开启了光纤传感新模式,在高灵敏度和高空间分辨探测场合具有突出优势。

该成果是由光子技术研究院独立完成,梁贻智副研究员和孙火姣博士为该论文的并列第一作者,关柏鸥教授和金龙研究员为共同通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金、广东特支计划本土团队等项目的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-24398-w

(光子技术研究院)

责编:李梅