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ACS Nano综述 | 超表面在微纳光学传感领域的应用优势及发展方向

英文原题:Metasurface Micro/Nano-Optical Sensors: Principles and Applications

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通讯作者:刘爱群,南洋理工大学

作者:Jin Qin(秦晋),  Shibin Jiang(江世斌), Zhanshan Wang(王占山), Xinbin Cheng(程鑫彬), Baojun Li(李宝军), Yuzhi Shi(施宇智),* Din Ping Tsai(蔡定平),* Ai Qun Liu(刘爱群),* Wei Huang(黄伟),* and Weiming Zhu(朱伟明)*


文章导读

超表面是由超分子阵列组成的二维人工电磁材料,通过精心设计超分子的结构、尺寸以及排列方式,超表面能够在亚波长空间分辨率上操纵光的振幅、相位和偏振状态。传统的微纳光学传感器通过光的衍射和折射效应(DOEs)、微谐振腔腔和光学干涉仪等方式来增强局域光场强度(光-物质相互作用),从而提高传感器的检测灵敏度。尽管传统微纳光学传感器已经被证实能够完成超低浓度分析物的检测,但对于复杂和未知样品的无标记检测和识别仍然面临巨大挑战,这要求传感器能够尽可能地获取待测样品的折射率、吸收/发射光谱、手性特征等多重信息。此外,由于局域光场的近场感应区域有限,传统光学传感器对不均匀生物样本的检测缺乏可靠性。该团队在论文中回顾了超表面微纳光学传感器的研究进展,并从原理和应用方面将其与传统微纳光学传感器进行了对比。基于设计灵活、易集成、功能强大等卓越性能,超表面微纳光学传感器对于集成化、便携式智能光学传感平台的发展意义重大。

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图1:不同类型微纳光学传感器,包括DOEs、集成波导、微谐振腔、光子晶体和超表面。右侧为超表面光学传感器的应用。


如图1所示,该团队在文中概述了不同类型(结构)的微纳光学传感器,包括DOEs、集成波导、微谐振腔、光子晶体以及超表面,并分别介绍了它们的工作原理和特点。通过对比它们各自的性能和现实需求,该团队提出超表面微纳光学传感器在器件设计和检测功能方面具有强大的应用潜力。随后,该团队就超表面微纳光学传感器的研究进展,列举出超表面在微纳光学传感领域的诸多应用,如浓度检测、光谱识别、分子手性检测、粒子操纵、非线性效应传感等。超表面具有设计灵活、易集成、功能丰富等卓越性能,将会引领微纳光学传感平台向着集成化和智能化方向发展。

相关论文发表在ACS Nano上,电子科技大学大学博士研究生秦晋为文章的第一作者,同济大学施宇智特聘研究员、 香港城市大学蔡定平教授、南洋理工刘爱群教授、苏州纳米所黄伟研究员以及电子科技大学朱伟明研究员为通讯作者。


通讯作者信息:

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刘爱群 教授

刘爱群教授,新加坡工程院院士,美国光学工程学会(SPIE)会士,美国光学学会(OSA)会士,英国皇家化学学会(RSC)会士及中国光学工程学会常务理事。1994年获新加坡国立大学博士学位,分别于1988年和1982年从北京邮电大学和西安交通大学获硕士和学士学位,2000年起任教于新加坡南洋理工大学。现任南洋理工大学量子科学与工程中心主任,主要从事量子芯片技术研究,包括量子通讯及安全和量子计算等研究领域。同时在光流控芯片、光镊生物操控和检测技术等领域有着十多年的经验。在多个国际学术期刊上发表多篇研究成果,共发表200余篇学术文章 (总引用:>15000H指数:62)200多篇领域内国际顶级会议论文、专著2部。曾荣获新加坡工程技术发明奖,任Micromachines主编,曾前后担任过Lab on a Chip Biomicrofluidics7个期刊主编或编委会成员。

出版信息:

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ACS Nano 2022, ASAP

Publication Date: August 12, 2022

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03310 

Copyright © 2022 American Chemical Society


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