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仪表网 研发快讯】微纳光栅是一种可以对入射光场的振幅、波长、位相和偏振进行调制的微纳光学结构，其结构复杂程度远低于超表面，在传感器、光通信、极弱光成像和光学偏振等领域具有广泛的应用前景。然而，传统光刻制造方法因其高昂的制造成本和复杂的工艺要求限制了微纳光栅大规模的生产及应用。针对传统制造方法中成本高、工艺复杂等问题，康果果、王岭雪科研团队基于全息光刻的新型无掩模工艺取得重要进展，成功研制出低成本、高性能的金属纳米光栅，并在可穿戴传感、短波红外偏振成像进行了验证，相关论文陆续发表在ACS Applied Materials & Interfaces和Optics and Laser Technology国际顶级期刊。
图1.传感器贴附在人体皮肤上进行测试
可穿戴折射率传感器(ACS AMI 2025)：传统等离子体传感器多基于刚性基板如硅、玻璃，难以与人体曲面贴合，限制了其在可穿戴设备中的应用。通过激光干涉光刻技术，研究团队在PET基板上制备了高均匀性的银光栅，工艺简单、成本低，且能够大规模生产。此外，成功将共振线宽压缩至6.9 nm，提升了其灵敏度和性能因子。该传感器在稳定性方面表现出色，即使在上百次弯曲、拉伸和液体浸泡等条件下，线宽变化小于3.6 nm，灵敏度波动小于1.3%。结合便携光纤光谱仪，开发的便携式检测系统可实现毫秒级响应、无需实验室环境即可实时检测。结合微流控技术，能够实现多种溶液的动态监测，为连续环境监测奠定基础。该创新设计为可穿戴传感器技术带来了重要进展，具备广泛的应用潜力，特别是在医疗健康、环境监测和智能交互等领域，未来有望与智能手机等消费级设备结合，推动实验室级精度向消费级设备转化(图1)。
图2 .金属线栅偏振片的测试结果与实物图
短波红外金属线栅偏振片(OLT 2025)：金属线栅是一种非共振型光栅，它的消光比主要和光栅的周期成反比和金属层的高度成正比。传统金属线栅主要由电子束光刻和离子束刻蚀的方法制作而来，这种方法不仅制作工艺复杂、成本高而且无法制作较高的光栅层而难以实现较高的消光比。为解决这一问题，研究团队研究了免刻蚀的工艺方法，采用全息光刻与倾斜蒸镀金属薄膜两个步骤制作了金属线栅偏振片，不仅降低了红外金属线栅偏振片的制作难度和制作成本，而且实现了较高的金属栅层，大幅提升了消光比。最终制作的金属线栅偏振片在1 2.5 μm的平均消光比达到40 dB(TTM:TTE=10000:1)(图2)。
该系列研究成果为微纳光栅的规模化生产与应用提供了新的解决方案。通过降低制作成本并简化工艺，不仅打破了微纳光栅“高性能”与“低成本”难以兼得的难题，更推动了柔性光子器件与红外光学元件领域的技术进步，特别是在医疗、环境监测和红外偏振等多个领域的应用前景广阔。
主要作者信息：
刘兴伟，北京理工大学光电学院2022级博士研究生，主要研究方向为微纳光学器件的设计与加工，在Optics and Laser Technology等顶级期刊上发表论文2篇。
柴晋渊，北京理工大学光电学院2022级硕士研究生，主要研究方向为柔性光子传感器。在ACS Applied Materials & Interfaces等顶级期刊发表论文2篇。
康果果，工学博士，副教授，博士生导师。从事微纳光学、全息光刻、全息测量相关的教学和科研工作，主要研究方向包括功能性微纳光学器件的设计、制作及应用、全息光刻、复杂曲面光学测量。主持包括国家自然科学基金面上、青年在内的科研项目30余项。在包括《Applied Physics Letters》《Optics Letters》《ACS Applied Materials & Interfaces》在内的国际知名期刊上发表学术论文80余篇，多次受邀在国际、国内会议上作特邀报告。
王岭雪，工学博士，副教授，硕士生导师。从事光电成像器件、图像处理相关的教学和科研工作，主要研究方向包括极弱光探测成像器件、光电成像系统总体、光电图像处理。主持国家自然科学基金、教育部博士点基金新教师项目等科研课题，曾获省部级科技一等奖1项、省部级科技进步三等奖2项等，在ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Pattern Recognition, Carbon, Advanced Optical Materials, Neurocomputing, Optics Express等期刊发表论文，共发表SCI、EI和核心期刊论文近百篇，申请和授权国家发明专利20余项。入选教育部课程思政示范课程及教学名师与教学团队、工信部工程硕博士特色优质课程。
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