面向磁场传感的瓶状微腔奇异点增强机理及器件研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61875116
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0503.传输与交换光子器件
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As a rising star in the microcavity family, the bottle-like microcavity combined with magnetic fluid and novel mechanism can achieve high sensitivity for the magnetic field sensing, due to its advantages of ultra-high Q factor, smaller mode volume, and the hollow core to integrate the functional materials. We propose a bottle-like microcavity device filled with the magnetic fluid, and study the sensing enhancement mechanism of exceptional point and high sensitive magnetic field sensing characteristics. The main contents includes: 1) Theoretical research: The coupling between micro-nano fiber tapers and bottle-like microcavity, the modes of bottle-like microcavity filled with the magnetic fluid under the magnetic field, the characteristics under exceptional points, and the exceptional point enhancement mechanism will be studied based on the mode theory, coupled mode theory and exceptional point theory; 2) Device fabrication: To explore and optimize the process to improve device performance, we will use many technologies, including the bottle-like microcavity prepared by the combination of electric discharge and pumping air, micro/nano fiber probes fabricated by the heating and pulling, the nanoprobe etched by the hydrofluoric acid, magnetic fluid filling and so on; 3) Sensing experiment: We will study the enhanced magnetic field sensing characteristics of exceptional points and the realization of higher sensitivity by multi-dimensional micro-nano manipulation tuning the bottle-like microcavity working at the exceptional point. The magnetic fluid-filled bottle-like microcavity and its magnetic field sensing properties of exceptional point mode studied in this project have important developments in the study of microcavity optics and the enhanced sensitivity of exceptional point, and will have an important application potentials for magnetic field sensing.
作为微腔家族中的后起之秀,瓶状微腔具有超高Q值、较小模式体积、中空微流通道能集成功能材料等优点,结合磁流体和新机理有望实现高灵敏磁场传感。本课题提出一种磁流体填充的瓶状微腔器件,并研究奇异点传感增强机理及高灵敏磁场传感特性。主要工作包括:1)理论研究:基于模式理论、耦合模理论和奇异点理论,研究微纳光纤与瓶状微腔耦合、磁场作用下磁流体填充的瓶状微腔模式及奇异点特性、奇异点增强机理;2)器件研制:通过放电与鼓气结合制备瓶状微腔、火焰拉锥制备微纳光纤融锥、氢氟酸腐蚀制备纳米探针、磁流体填充等工艺技术,探索优化制备方案以改进器件性能;3)传感实验:通过多维微纳操控纳米探针,调谐瓶状微腔使其工作在奇异点,实验研究奇异点增强的磁场传感特性,及更高灵敏度实现方案。本项目所研究的磁流体填充瓶状微腔及其处于奇异点下的磁场传感特性,是对微腔光学及奇异点增强灵敏研究的重要拓展,将在磁场传感领域有着重要应用前景。

结项摘要

作为微腔家族中的后起之秀,瓶状微腔具有超高Q值、较小模式体积、中空微流通道能集成功能材料等优点,结合磁流体和新机理有望实现高灵敏磁场传感。在磁流体辅助下,微瓶谐振腔可将磁场信号转换为回音壁模式谐振波长、强度及线宽等参量的变化。本项目采用磁流体填充的回音壁模式微瓶谐振腔器件,分析其模式分布及耦合传输特性,研究其磁场传感特性并探索基于奇异点的传感灵敏度增强机理。本项目主要开展四个方面的研究:1)空芯光纤传输机理及结构设计研究,包括单模光纤—毛细管—单模光纤三段式结构传输机理研究、三段式级联结构多传输机理共存研究、具有椭圆管道的低损耗负曲率空芯光纤结构设计研究;2)基于空芯光纤内嵌微球谐振腔的回音壁模式耦合器及应用研究,包括双悬芯空芯光纤回音壁模式耦合器、大内径毛细管zigzag 回音壁模式耦合器、基于毛细管内嵌空心玻璃微球的半圆干涉仪及液压传感应用研究;3)回音壁模式微瓶谐振腔器件及传感特性研究,包括微柱谐振腔模式劈裂观测及光谱简化研究、空心微瓶谐振腔曲率模型及传输特性研究、空心微瓶谐振腔流速及液滴质量监测研究、空心微瓶谐振腔矢量磁场传感特性研究;4)微腔奇异点灵敏度增强机理及传感应用研究,包括耦合微腔奇异点调控及纳米颗粒探测理论研究、基于微腔奇异点的磁场传感理论研究。本项目是对微腔光学及奇异点增强灵敏研究的重要拓展,将在磁场传感领域有着重要应用前景。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
Monitoring and identifying pendant droplets in microbottle resonators
监测和识别微瓶谐振器中的悬滴
  • DOI:
    10.1364/prj.450535
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Photonics Research
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Zijie Wang;Xiaobei Zhang;Qi Zhang;Yiqi Chen;Yong Yang;Yang Yu;Yang Wang;Yanhua Dong;Yi Huang;Tingyun Wang
  • 通讯作者:
    Tingyun Wang
Packaged optofluidic microbottle resonator for high-sensitivity bidirectional magnetic field sensing
用于高灵敏度双向磁场传感的封装光流控微瓶谐振器
  • DOI:
    10.1364/ol.457168
  • 发表时间:
    2022-06-01
  • 期刊:
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhao, Shuaichang;Zhang, Xiaobei;Wang, Tingyun
  • 通讯作者:
    Wang, Tingyun
毛细管内嵌微球谐振腔的温度传感特性研究
  • DOI:
    10.5768/jao202142.0508001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    应用光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙航;刘笑尘;王梓杰;余洋;杨勇;张小贝
  • 通讯作者:
    张小贝
Dominated mode switching and nanoparticle detection at exceptional points
特殊点的主导模式切换和纳米颗粒检测
  • DOI:
    10.1364/josab.473350
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Journal of the Optical Society of America B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zijie Wang;Xiaobei Zhang;Qi Zhang;Yiqi Chen;Yang Wang;Yang Yu;Yong Yang;Tingyun Wang
  • 通讯作者:
    Tingyun Wang
基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器温度特性研究
  • DOI:
    10.3788/cjl202249.0910002
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘思晨;黄怿;邓传鲁;胡程勇;黄彩红;董艳华;张小贝;王廷云
  • 通讯作者:
    王廷云

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毛细管光纤传感器研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    应用科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张小贝;肖海;王廷云
  • 通讯作者:
    王廷云

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谐振腔及光纤传感技术
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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