當前，在全球范圍內科技與產(chǎn)業(yè)革命的浪潮中，信息光電子、激光加工、激光全息、光電傳感等技術(shù)正在快速發(fā)展。光電產(chǎn)業(yè)與能源、信息、醫療等領(lǐng)域的結合和滲透也在加速，推動(dòng)著(zhù)新技術(shù)、新產(chǎn)品和新商業(yè)模式的不斷涌現，全球光電產(chǎn)業(yè)的競爭格局經(jīng)歷重大重塑。

據Market Research Future預測，到2032年，光電市場(chǎng)的規模將從2024年的381.9億美元增長(cháng)至845億美元。預計在2024至2032年期間，該市場(chǎng)的年復合增長(cháng)率為10.44%，其中光電子在多個(gè)不同領(lǐng)域的應用增加以及紅外元件利用率的提高是促進(jìn)市場(chǎng)增長(cháng)的關(guān)鍵市場(chǎng)驅動(dòng)力。

隨著(zhù)光電子技術(shù)的進(jìn)步和規?；a(chǎn)，社會(huì )生產(chǎn)對光電子相關(guān)器件的需求日益增加，互聯(lián)網(wǎng)與光電產(chǎn)業(yè)深度融合。作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基礎的光電元件，正快速朝著(zhù)微型化、精密化、輕薄化以及集成化的方向發(fā)展。然而，由于其發(fā)展歷程相對較短，仍面臨諸多挑戰和問(wèn)題需要逐步解決。

其中，高能射線(xiàn)成像是一種利用高能射線(xiàn)（如X射線(xiàn)、伽馬射線(xiàn)等）進(jìn)行成像的技術(shù)，主要用于醫學(xué)、工業(yè)檢測、安全檢查和科學(xué)研究等領(lǐng)域。但該技術(shù)受到的主要限制因素在于厚層閃爍體材料內部存在的自吸收和散射現象。近年來(lái)，鈣鈦礦納米閃爍體已直接集成到電荷耦合器件中以實(shí)現X射線(xiàn)成像。然而，為了有效吸收高能射線(xiàn)，鈣鈦礦閃爍體層必須達到毫米至厘米的厚度。但由于橫向光子散射和固有的自吸收，毫米厚度的鈣鈦礦閃爍體的光穿透和空間分辨率仍將受到限制。

基于此，新加坡國立大學(xué)（NUS）化學(xué)系的劉小鋼教授研究團隊開(kāi)發(fā)了一種用于提高射線(xiàn)成像性能的像素化雙錐形光纖陣列。該陣列通過(guò)雙錐面設計可以有效地吸收傳遞閃爍體層激發(fā)的光子，降低閃爍體材料內部的散射和自吸收，從而有效提高射線(xiàn)成像的空間分辨率和成像性能。相關(guān)成果以“A double-tapered fibre array for pixel-dense gamma-ray imaging"為題，發(fā)表在《Nature Photonics》期刊上。

光纖可以增強光耦合，執行光信號傳輸，并實(shí)現具有低損耗接口的光子集成電路。此外，理論研究表明，錐形或雙錐形光纖可以通過(guò)促進(jìn)倏逝波在錐形區域的基模上的傳播來(lái)充當高功率放大器。在這里，研究人員擴展了理論分析，并通過(guò)實(shí)驗驗證了使用柔性雙錐形光纖陣列和鈣鈦礦納米晶閃爍體實(shí)現高靈敏度伽馬射線(xiàn)成像的可能性。

研究人員對光收集特性進(jìn)行了表征，并優(yōu)化了錐形光纖的幾何形狀，以最大限度地提高光收集效率和傳輸效率。研究團隊通過(guò)成型和層壓聚氨酯和有機硅彈性體制造雙錐形纖維陣列，首先采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)制作出光纖陣列模具(nanoArch® S130，精度：2μm)，并結合PDMS翻模技術(shù)得到雙錐形纖維陣列。鈣鈦礦納米晶充當閃爍體，通過(guò)測量其激發(fā)光譜對鈣鈦礦納米晶進(jìn)行表征，其表示作為波長(cháng)的函數的相對發(fā)光強度。鈣鈦礦閃爍體表現出相對較小的斯托克斯位移和較高的量子產(chǎn)率，導致發(fā)射光子的大量重吸收。

雙錐形光纖陣列系統的一個(gè)關(guān)鍵特征是它適用于發(fā)光穿透深度不足的所有情況，例如，具有上轉換材料的近紅外探測器、具有鈣鈦礦閃爍體的X射線(xiàn)或伽馬射線(xiàn)探測器以及電激發(fā)發(fā)光二極管。通過(guò)將光纖陣列和鈣鈦礦納米晶相結合，在實(shí)驗中實(shí)現了輸出信號增加了三倍，并通過(guò)4 mm厚的閃爍體層實(shí)現了6 MeV和10 MeV的伽馬射線(xiàn)成像。伽馬射線(xiàn)成像對于測量放射治療、醫學(xué)診斷和工業(yè)三維伽馬射線(xiàn)斷層掃描期間的皮膚劑量非常重要，因為這需要深度穿透。

鑒于雙錐形光纖陣列與硅技術(shù)的兼容性以及材料的可延展性，有望被大規模生產(chǎn)用于制造超靈敏光子探測器和用于高能輻射的大面積柔性成像設備，在仿復眼學(xué)、光場(chǎng)成像、生物分子傳感、光學(xué)放大器以及發(fā)光二極管等領(lǐng)域也有著(zhù)潛在應用。