光子學(xué)(Photonics)是研究作為信息和能量載體的光子的行為及其應(yīng)用的學(xué)科,是科學(xué)研究的一個主要分支,在 21 世紀的技術(shù)進步中發(fā)揮著重要作用。光子學(xué)是寬帶有線和無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù),也已廣泛應(yīng)用于傳感、能源、納米技術(shù)、成像、先進制造和生物醫(yī)學(xué)等。
香港理工大學(xué)(PolyU)的光電子研究中心(Photonics Research Institute,簡稱 PRI),在探索光子技術(shù)在光通信、傳感、能源、成像和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面有著悠久的研究歷史,與工業(yè)界廣泛合作,帶來了眾多研究突破。
在該領(lǐng)域的研究中,對材料進行微觀結(jié)構(gòu)觀測是一項必要的表征手段。早在 2010 年,香港理工大學(xué)的光電子研究中心,便選擇了飛納掃描電鏡來滿足他們的微觀檢測需求,并且將掃描電鏡成像結(jié)果與其他分析技術(shù)相結(jié)合,以進一步研究材料的行為和性能,從而推動光子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。13 年過去了,這臺第一代 Phenom Pro G1 仍在正常服役,繼續(xù)幫助課題組的老師和學(xué)生們進行高效率的微觀測試。
今天我們有幸采訪到光電子研究中心的崔靜嫻老師,談一談飛納電鏡對于她們課題組的幫助以及對于飛納電鏡的評價。
Phenom:崔老師,目前您課題組的主要研究方向是什么?可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢?
崔老師:我們課題組主要研究不同材料的光纖的制備以及應(yīng)用,包括石英和塑料光纖。主要應(yīng)用包括光纖光學(xué)傳感器、生物醫(yī)療以及機械系統(tǒng)的健康監(jiān)測等。
Phenom:使用飛納電鏡幫助課題組解決了什么問題?
崔老師:我們使用飛納電鏡的主要是檢查光纖端面。由于光纖的結(jié)構(gòu),尺寸會極大地影響光纖性能,在制備過程中實時觀測端面結(jié)構(gòu),對光纖的制備有正反饋的作用。
Phenom:Phenom Pro G1 是飛納電鏡的第一代產(chǎn)品,從 2010 年開始,目前已經(jīng)服役了 13 年。從您這么多年的使用體驗上來說,您如何評價飛納電鏡?
崔老師:飛納電鏡系統(tǒng)體積小,且響應(yīng)速度快,通常樣品準備好后,十幾秒就能進行觀測。系統(tǒng)穩(wěn)定,抗干擾,對實驗環(huán)境要求不苛刻。因為我們的樣品通常在微米級別,G1 的分辨率就可以滿足需求,為我們?nèi)粘5难芯刻峁┖艽蟮膸椭?/p>
已經(jīng)服役 13 年的 Phenom Pro G1,目前還在正常使用
目前,在課題組的眾多研究成果中,可以經(jīng)常看到飛納電鏡的身影。
1. 一種高雙折射懸式芯光纖的制備、表征和傳感應(yīng)用
發(fā)表期刊:JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY
DOI: 10.1109/JLT.2014.2319818
本文作者使用“堆疊拉伸法",即采用兩種不同大小的毛細管進行堆疊,利用小的尺寸偏差以及中心的大間隙形成橢圓形芯,從而制得高雙折射懸式芯光纖(HB-SCF)。并對該光纖的光學(xué)性能進行了表征,進一步探究了其在壓力、應(yīng)變和溫度等環(huán)境變化下的響應(yīng)特性,發(fā)現(xiàn)該光纖具有較好壓力靈敏度、較高的應(yīng)變靈敏度以及極低的溫度靈敏度。該光纖在氣體檢測和壓力測量等領(lǐng)域具有一定的潛在應(yīng)用。
由于壓力差,氣孔被擴大并拉長。同時,當毛細管壁融合以平衡壓力時,形成了橢圓形的芯。文中使用飛納電鏡對 HB-SCF 的橫截面進行了表征(圖b)。
2. 多芯光纖內(nèi)嵌布拉格光柵的二維矢量加速度計
發(fā)表期刊:OPTICS EXPRESS
DOI: 10.1364/OE.27.020848
本文作者所設(shè)計的二維加速計可以同時獲取頻率、加速度和振動方向的性能參數(shù),并在 0-180° 范圍內(nèi)實現(xiàn)了 0.127° 的最佳方向精度。此外,通過調(diào)整自由光纖的長度和重量,可以優(yōu)化共振頻率和靈敏度。所提出的傳感器制作簡便、多功能,有望在工業(yè)應(yīng)用的動態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮潛在的作用。
文中使用飛納電鏡對七芯光纖結(jié)構(gòu)的端面進行了微觀表征(圖a),并測量芯和包層的直徑分別約 8 微米和 150 微米。
3. 用于弱耦合 OAM 模態(tài)分復(fù)用傳輸?shù)膹澢幻舾衅咸谚中投嗫篆h(huán)芯光纖
發(fā)表期刊:JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY
DOI: 10.1109/JLT.2020.2987328
本文介紹了一種葡萄柚型中空環(huán)芯結(jié)構(gòu)光纖,具有良好的彎曲無損特性。實驗結(jié)果表明,該光纖可同時傳輸兩個軌道角動量(OAM)模態(tài),且模態(tài)之間相互獨立,可以在單一光纖上實現(xiàn) OAM 模態(tài)分復(fù)用傳輸。該光纖對彎曲和扭曲的容忍度較高,可用于光通信、傳感和激光加工等領(lǐng)域。
不同溫度和不同真空條件下制備得到的葡萄柚型中空環(huán)芯光纖,文中使用飛納電鏡對光纖的橫截面進行了微觀表征(圖 b 和 c)。
13 年過去了,Phenom Pro 系列產(chǎn)品從第一代 G1 已經(jīng)升級至第六代 G6,性能不斷提升,分辨率從 30nm 已經(jīng)提升至 6nm。并且飛納電鏡不斷創(chuàng)新,開創(chuàng)了臺式場發(fā)射掃描電鏡 Phenom Pharos, 進一步將臺式掃描電鏡的分辨率提升至優(yōu)于 1.5 nm。
此外,為了提升用戶體驗,飛納電鏡的用戶界面也進行了全面升級,用于成分分析的能譜(EDS)硬件和軟件的集成式設(shè)計,現(xiàn)在只需要一個顯示屏即可完成掃描電鏡圖片和能譜結(jié)果的獲取,并可以實現(xiàn)離線處理能譜數(shù)據(jù),更加方便快捷。
飛納電鏡之所以贏得眾多用戶的長期信賴,是因為飛納電鏡始終在用心傾聽客戶的實際需求,不僅致力于產(chǎn)品的升級創(chuàng)新,也在致力于持續(xù)提升用戶體驗。目前在上海(總部)、北京、廣州、成都等地均有 Demo 體驗中心,快來預(yù)約體驗吧。
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