基于微流控与喷墨打印技术的微液滴形成芯片

基于微流控的液滴发生是数字聚合酶链式反应(PCR)等分子生物学检测数字化的基础。研究了一种新的微流控法制备微液滴,采用微流控与热泡喷墨技术结合的方法制备微液滴。利用热泡喷墨打印技术的液滴发生原理,本文提出了一种能够在1 s内形成超过300000个皮升(pL)级液滴的创新型方法。针对这种新的液滴发生方法,本文系统研究了喷孔位置、分散相黏度、分散相与MEMS半导体芯片的接触角等因素对液滴生成的影响。该技术在数字PCR等分子生物学检测领域有巨大的应用潜力。

高频压电MEMS微镜设计与仿真

阵列化微镜设计可以实现微镜的高频工作。本文采用将驱动器隐藏在六边形镜面下方的设计方案来实现微镜阵列单元的制备,减小了微镜尺寸。在镜面内部引入了柔性结构匀散应力,降低微镜应力断裂风险,提高了微镜的可靠性,采用六边形密排的方式可以实现大于90%的占空比。所设计的微镜可以实现倾斜、偏转和活塞3种工作自由度,工作频率达到了23 000 Hz以上,共振偏转角度可以达到6.5°。对比传统的微镜阵列设计,本文设计提高了空间利用率和致动效率。

基于微纳工艺的细胞活性传感器的研究与分析

针对细胞实验中难以对细胞活性进行有效、实时、快速检测的难点,利用微机电系统(MEMS)微纳工艺,设计并制造了一种电极宽度、间距均为微米级的叉指电极芯片,并将其封装成可用于检测细胞活性的传感器。基于细胞阻抗原理,进行了细胞活性检测实验,来验证传感器的功能。实验结果表明:细胞活性与传感器检测到的细胞阻抗值呈正比,细胞活性越高,阻抗值越大。与传统检测细胞活性的方法相比,该传感器具有实时检测细胞生长和快速死亡过程的功能,且具有操作简单、无标签、非入侵等优点。

拉曼光谱仪及其微型化

近年来,拉曼光谱以其快速无损、分子特异性高、灵敏度高等特点在材料科学、生物医学和环境监测等领域得到了广泛应用,成为光谱分析的重要工具。然而,传统拉曼光谱仪由于尺寸庞大、成本昂贵而难以适应许多特殊应用场景,因此,人们对于微型化、低成本、高性能拉曼光谱仪的需求日益增加。硅基光电子技术的进步为拉曼光谱仪的微型化带来了新的发展机遇,使得芯片级的拉曼光谱仪成为了可能。本文对拉曼光谱仪及其微型化的发展历程进行了综述,同时,讨论了部分具有拉曼应用潜力的片上光谱仪,为已有拉曼光谱仪的微型化及微型化光谱仪的拉曼应用探究提供重要的参考,并推动技术与应用的共同发展和不断创新。

卫星激光通信MEMS快速反射镜可靠性研究进展

快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)具有响应快、精度高、分辨率高等优势,被广泛应用于卫星激光通信、超分辨率成像、高精度激光瞄准等领域,是捕获、跟踪和瞄准(Acquisition Tracking and Pointing,ATP)系统中的核心部件。传统快反镜主要由压电陶瓷和音圈电机驱动,而基于微机电(Micro Electro Mechanical System,MEMS)技术制备的快反镜具有小型化及批量化等优势,是技术发展的趋势,但其应用于卫星激光通信领域的可靠性尚未进行全面论证。文中介绍了快反镜的工作原理、环境适应性要求以及国内外快反镜的可靠性水平,结合致动原理和结构分析了现有快反镜的失效机理、评估方法和可靠性加固技术,最后指出了高可靠性快反镜的结构和加固技术发展方向,并通过综合分析与仿真验证了MEMS快反镜应用于卫星激光通信的可行性。

高均匀性1×4多模干涉耦合器的研究与设计

针对多输出端口输出光功率的不均匀性问题,文章设计了一种基于绝缘体上硅(SOI)的1×4多模干涉(MMI)耦合器,提出了一种优化其均匀性的新方法。耦合器输入/输出端采用锥形波导,为提升MMI耦合器的均匀性,对输出端锥形波导采用不等宽设计,通过优化,四路输出端口均匀性高达0.0074 dB,而总的插损仅有0.058 dB。依据该方法最终使得输出端波导的传输常数失配,避免了波导之间的串扰,实现了对MMI耦合器输出端口均匀性的提升。

散射系数对空间偏移拉曼探测深度的影响

近些年来,空间偏移拉曼光谱(SORS)能够高效地检测深藏于强散射性干扰介质中的目标物,在各种无损检测领域被广泛应用,同时人们对空间偏移拉曼光谱的性能特征也进行了广泛而深入的研究。然而,迄今为止,还缺乏对SORS检测不同光学特性材料的详细研究。本研究旨在通过构建一个简明的双层模型来填补这一空白。在该模型中,两种不同光学性质的干扰物质被覆盖在目标物质上,通过分析表层干扰物和底层目标材料的拉曼散射信号强度,我们研究了物质散射性质的不同对SORS检测结果的影响。结果表面,相同检测条件下,表层干扰物散射能力越强,需要的检测空间偏移量越大。我们的研究证明了SORS技术在穿透表层结构进行无损检测应用中的巨大潜力,并提供了对各种材料SORS特性的全面了解。

基于紫外纳米压印光刻的生物纳米孔测序MEMS芯片设计

纳米孔测序作为最新一代的基因测序技术,在生物医学和临床应用中起着至关重要的作用。测序系统中的MEMS结构通常采用传统光刻工艺来实现,本文首次运用紫外纳米压印光刻(UV-NIL)工艺来验证实现纳米孔测序系统中的MEMS芯片的可能性。采用传统光刻工艺,制造了3种用于纳米孔测序的MEMS双层结构的硅晶圆。这些硅晶圆被用作母板,将其MEMS结构图案精准复制到聚二甲基硅氧烷(PDMS)上,形成压印软模,再用UV-NIL工艺在硅基底上压印出所需的MEMS结构。最后,通过光学和电学两种测试表征手段,成功证实UV-NIL工艺在制造MEMS芯片方面的有效性和可行性。相较于传统光刻,UV-NIL的成功运用将极大提高工艺稳定性并大幅缩减成本。

基于生物打印3D细胞微流控芯片的常用中药注射液肝脏安全性再评价

目的建立更贴近生理状态的肝模型对中药注射液进行肝毒性评估。方法建立了一个通过3D打印和微流控芯片组合利用人源细胞的类肝脏系统,对3种市售中药注射液进行肝毒性评价。结果该微流控芯片系统中的内皮细胞可长期培养并模拟血管内皮剪切力。生物打印的3D肝微球经14 d培养后仍能保持正常的白蛋白(ALB)和细胞色素P4503A4酶(CYP3A4)的表达。中药注射剂的肝毒性评价结果表明基于3D打印的类肝脏芯片比2D细胞模型更准确。结论本法准确可信,可为中药肝毒性检测提供新方法。

基于金刚石量子色心的温度磁场同步测量技术

金刚石中的氮空位(NV)色心具有极佳的量子性质,并且对温度和磁场敏感,为温度与磁场的精密测量提供了新的解决方案。提出一种基于金刚石NV色心的温度和磁场同步测量方法。NV色心自旋塞曼劈裂能级随温度同向移动、随磁场反向移动。通过对劈裂能级同时进行光探测磁共振探测,并结合频率调制解调技术,实现了对温度和磁场的同步测量。自旋双共振系统的3 d B带宽为1 k Hz。在激光功率400 m W、自旋劈裂能级对的驱动微波功率分别为30 d Bm和35 d Bm时,温度灵敏度和磁灵敏度分别约为0.4mK/√Hz和1.1nT/√Hz。温度测量对磁场的隔离度约10 d B。该技术为大动态范围温度与磁场的同步测量提供了解决方案。

硅基光混频器的研究进展

硅基光电子集成回路在高速相干光传输系统中具有巨大的应用潜力。作为相干光通信领域重要的光学相干解调器件,硅基光混频器对实现良好的相干检测具有重要的意义。文中从光混频器的原理出发,介绍了基于不同结构的硅基90°光混频器的研究进展。其中,平面光波导型90°光混频器主要有两大类:基于3 dB耦合器及移相器的90°光混频器具有相位偏差小、性能稳定的特点;基于多模干涉耦合器的90°光混频器具有结构简单、尺寸小的特点。此外,研究还回顾了适用于多进制相位调制格式的不同相位解调的光混频器,并对硅基光混频器的未来发展趋势做出了预测。

阿育吠陀医学与藏医学、蒙医学的渊源关系

古印度作为世界四大文明古国之一,拥有独特的医学体系,其中阿育吠陀医学作为印度传统医学的主体,是历史最为悠久、具有代表性的医学体系。阿育吠陀医学、藏医学和蒙医学三者同为世界上较为古老的医学体系之一,相互之间存在着一定关联。藏医学与蒙医学皆不同程度地吸收阿育吠陀医学理论并结合自身特点从而进一步发展,藏医学也对蒙医学的发展有推进作用。从发展史、医学理论基础、针灸疗法、放血疗法、尿诊等方面对藏医学、蒙医学与阿育吠陀的区别与联系进行比较研究。

基于新型掺钪氮化铝的级联马赫-曾德尔结构(解)复用器

在新型掺钪(Sc)氮化铝(Al_(1-x)Sc_(x)N)集成光学平台上设计了插入损耗低、传输通道谱线平坦的O波段四通道波分(解)复用器,并提出了优化方法。所设计的器件结构基于级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)滤波器,结合弯曲波导结构的定向耦合器改善波长敏感度。针对粗波分复用(CWDM)应用的特性,文章使用粒子群算法(PSO)提升器件性能优化的效率,通过调整器件结构的设计参数对四路通道的传输谱线质量进行优化。针对0%,9%,23%的掺Sc浓度,设计的解复用器表现出宽达约15.6 nm的1-dB带宽和小于0.1 dB的插入损耗,传输谱线呈“盒状”响应,各通道间串扰均优于-30.6 dB。

同时测试波导传输损耗和弯曲损耗的方法

波导的传输损耗是评价集成光学平台性能的一个关键指标。常用的测量传输损耗的cut-back测试方法需引入弯曲波导测试结构。为了去除弯曲损耗的影响,通常会将弯曲半径设计的足够大,但这样会占用很多的版图面积。本文基于铌酸锂平台提出了一种可以同时测试波导传输损耗和弯曲损耗的方法。通过仿真发现波导弯曲损耗与弯曲半径成指数关系,对弯曲损耗取对数值后,与弯曲半径成线性关系。利用遗传算法拟合cut-back结构的插入损耗曲线,并计算得到波导的传输损耗和弯曲损耗。用该方法测量铌酸锂波导,在1550 nm波长下得到0.558 dB/cm的传输损耗和100μm弯曲半径下0.698 dB/90°的弯曲损耗。利用这种方法可以同时测试波导的传输损耗和弯曲损耗,还可以大大节省占地面积。

高精度双向同步旋转CORDIC算法设计与实现

针对精密电机数控领域中16位位宽的坐标旋转数字计算机(coordinate rotation digital computer,CORDTC)算法存在输出时延长、运算精度低、稳定性差等问题,提出高精度双向同步旋转CORDIC算法,通过角度预处理和区间折叠扩大收敛区间,迭代过程中采用双向同步旋转与误差均衡来提升算法的精度以及健壮性,最后根据区间结果进行还原输出.结果表明:在硬件实现上,相比传统算法,本算法的运算精度分别提高了76.3%,最大输出时延降低了71.4%,具有高精度、低延时以及稳定等优点.

硅光集成工艺平台及关键工艺的介绍

光集成技术(PIC)相对于目前广泛采用的分立元器件,在尺寸、功耗、成本、可靠性等方面优势明显,是未来光器件的主流发展方向。硅光子可将成熟的CMOS集成电路集成技术应用到PIC领域,充分利用现有半导体硬件设备及相关工艺技术,能够有效降低成本,提高生产效率,已成为未来PIC重要技术方向之一。介绍了基于上海微技术工业研究院0.18μm/200 mm工艺平台开发的成套硅光集成工艺,包括低损耗波导制备、掺杂、Ge外延工艺等。同时,基于该平台开发了硅光子有源和无源器件库,器件性能达到国际先进水平。

卫星激光通信快速反射镜研究进展及发展趋势

快速反射镜(FSM)具有响应快、精度高、分辨率高等优势,被广泛应用于卫星激光通信、激光武器、自适应光学成像、高精度激光瞄准等领域,是捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统中的核心部件。本文介绍了ATP系统和FSM的工作原理,并从驱动方式、FSM的面形、工作带宽、扫描角度范围、控制精度、体积重量及功耗等性能指标及在卫星激光通信的应用等方面,详细介绍了国内外研究机构的多款FSM器件,从音圈电机、压电陶瓷和微机电系统(MEMS)三种驱动结构上对FSM进行了分类,并阐述了不同驱动结构FSM的工作方式及性能差异,分析了影响FSM在ATP系统中应用的关键参数,展望了FSM在激光通信中的关键技术,指出了高精度、数字化、小型化是FSM的发展趋势。

中红外波段高速硅基电光调制器设计与优化(特邀)

作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度,得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件,在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm,调制效率为2.86 V·cm,静态消光比为23.8 dB,3dB EO带宽为27.1 GHz。同时,与220 nm厚度顶层硅器件相比较,器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据,也为后续2μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。

具有亚波长模式局域性的全介质反槽波导及其与输入/输出光纤的高效耦合

由于金属固有的欧姆损耗,表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此,提出了一种全介质反槽波导结构,该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输,归一化模式面积可以达到3.4×10^(-2)。另外,为了实现该小尺寸反槽波导与输入/输出光纤的高效耦合,提出了一种高效的耦合方案,耦合效率可以达到92.7%,在y和z方向上1 dB损耗的耦合偏差均约为2μm。

iPhone X人脸识别系统中的传感器

随着iPhone X的发布，3D人脸识别功能一度成为人们口中津津乐道的新科技，下面就来看看iPhone X为完成人脸识别而配置的传感器。