日前，beat365官方网站、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室肖雲峰教授和龔旗煌院士領導的課題組與信息科學技術學院電子學系、區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室王興軍教授課題組合作，在微納光學傳感研究中取得重要進展。他們利用光學暗場外差幹涉儀和頻率變換相結合的傳感新方法，将實時信号采樣噪聲降低了兩個數量級，并成功實現了聚苯乙烯納米微粒和單個病毒樣顆粒的高靈敏度檢測。

光學倏逝場傳感器具有超高靈敏度和非标記等獨特優勢，在精密測量、環境安全、生命健康等多領域應用中發揮着重要作用。然而，在傳感過程中固有的低頻電噪聲，主要包括1/f低頻噪聲，導緻很多重要生化過程（例如抗原-抗體反應、細胞運動和脫氧核糖核酸雜交等）的動态監測難以實現。

為此，聯合課題組提出一種通過光學暗場外差幹涉儀與頻率變換相結合的傳感新方法，可對1/f噪聲進行高效抑制（圖(a)），并通過CMOS兼容的暗場外差波導幹涉結構實現了納米尺度單顆粒的超高靈敏度檢測（圖(b)）。實驗中，采樣噪聲幅度被抑制了兩個數量級，使得成功檢出半徑為30 nm的單個聚苯乙烯顆粒（信噪比超過14 dB）和人類免疫缺陷病毒1型（HIV-1）病毒樣顆粒（SNR～20 dB）。通過對傳感信号的統計和分析，檢測極限有望進一步提升，并實現對納米顆粒尺寸的精确測量。與此同時，聯合課題組還提出集成波導陣列的方案，大幅度提升檢測速度，有望實現對多種病毒或分子進行複合型檢測。

(a) 1/f噪聲抑制機制；(b)基于片上波導暗場外差幹涉儀的單顆粒檢測

2021年3月30日，相關研究成果以《1/f噪聲抑制的片上光學傳感》（“1/f-noise-free optical sensing with an integrated heterodyne interferometer”）為題，在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）；第一作者是beat3652017級博士研究生金明和“博雅”博士後唐水晶。工學院陳匡時研究員提供了HIV-1病毒樣顆粒，有力支撐了本項研究。

上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室和beat365高性能計算平台等支持。

論文原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22271-4