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(gè)主要分支，在 21 世紀(jì)的技術(shù)進(jìn)步中發(fā)揮著重要作用。光子學(xué)是寬帶有線和無(wú)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(jìn)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(jiǎn)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(lái)了眾多研究突破。

在該領(lǐng)域的研究中，對(duì)材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)是一項(xiàng)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(lái)滿足他們的微觀檢測(cè)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(jìn)一步研究材料的行為和性能，從而推動(dòng)光子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。13 年過去了，這臺(tái)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(jìn)行高效率的微觀測(cè)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(duì)于她們課題組的幫助以及對(duì)于飛納電鏡的評(píng)價(jià)。

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(jī)械系統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)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(huì)極大地影響光纖性能，在制備過程中實(shí)時(shí)觀測(cè)端面結(jié)構(gòu)，對(duì)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(yàn)上來(lái)說，您如何評(píng)價(jià)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(zhǔn)備好后，十幾秒就能進(jìn)行觀測(cè)。系統(tǒng)穩(wěn)定，抗干擾，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求不苛刻。因?yàn)槲覀兊臉悠吠ǔＴ谖⒚准?jí)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)?？吹斤w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(xì)管進(jìn)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(duì)該光纖的光學(xué)性能進(jìn)行了表征，進(jìn)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(cè)和壓力測(cè)量等領(lǐng)域具有一定的潛在應(yīng)用。

由于壓力差，氣孔被擴(kuò)大并拉長(zhǎng)。同時(shí)，當(dāng)毛細(xì)管壁融合以平衡壓力時(shí)，形成了橢圓形的芯。文中使用飛納電鏡對(duì) HB-SCF 的橫截面進(jìn)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(jì)

發(fā)表期刊：OPTICS EXPRESS

DOI: 10.1364/OE.27.020848

本文作者所設(shè)計(jì)的二維加速計(jì)可以同時(shí)獲取頻率、加速度和振動(dòng)方向的性能參數(shù)，并在 0-180° 范圍內(nèi)實(shí)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(zhǎng)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(jiǎn)便、多功能，有望在工業(yè)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮潛在的作用。

文中使用飛納電鏡對(duì)七芯光纖結(jié)構(gòu)的端面進(jìn)行了微觀表征（圖a），并測(cè)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(wú)損特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該光纖可同時(shí)傳輸兩個(gè)軌道角動(dòng)量（OAM）模態(tài)，且模態(tài)之間相互獨(dú)立，可以在單一光纖上實(shí)現(xiàn) OAM 模態(tài)分復(fù)用傳輸。該光纖對(duì)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(duì)光纖的橫截面進(jìn)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(jí)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(tái)式場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 Phenom Pharos， 進(jìn)一步將臺(tái)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(yàn)，飛納電鏡的用戶界面也進(jìn)行了全面升級(jí)，用于成分分析的能譜（EDS）硬件和軟件的集成式設(shè)計(jì)，現(xiàn)在只需要一個(gè)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(shí)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(zhǎng)期信賴，是因?yàn)轱w納電鏡始終在用心傾聽客戶的實(shí)際需求，不僅致力于產(chǎn)品的升級(jí)創(chuàng)新，也在致力于持續(xù)提升用戶體驗(yàn)。目前在上海（總部）、北京、廣州、成都等地均有 Demo 體驗(yàn)中心，快來(lái)預(yù)約體驗(yàn)吧。