生物光子學的案例
中國細胞生物學學會細胞工程與轉基因生物分會/陜西省細胞生物學學會2018年年會在陜西師范大學成功召開
在學會第四屆理事會第一次會議上，邊惠潔理事長對新一屆理事會的工作進行了部署，向積極參加科普活動的各單位頒發了“陜西省細胞生物學學會科普活動優秀獎”獎金和榮譽證書，并主持討論通過了成立學會第一個專業委員會的議題。崔洪勇副秘書長進行了中國細胞生物學學會2018年“諾貝爾獎解讀”活動的動員。
會議期間，中國細胞生物學學會細胞工程與轉基因生物分會召開了第三屆委員會第三次會議。分會會長、空軍軍醫大學邊惠潔教授向委員們匯報了近年來分會的工作和取得的成績，傳達了中國細胞生物學學會對分會工作的要求，向積極參加分會活動的各單位頒發了“科普活動優秀獎”獎金和榮譽證書。分會秘書長孔令敏副教授傳達了中國細胞生物學學會的科普工作精神和要求。
資料來源：中國細胞生物學學會官網，11月5日
展開 領先的光子學仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：微納光子器件仿真的標準工具
Ansys Lumerical是業界領先的光子學仿真工具，其擁有完整的光子學仿真解決方案，支持全套光子學器件級和系統級仿真。器件和系統級工具無縫協作，讓設計人員能夠對相互作用的光學、電氣和熱效應進行建模仿真。
產品之間靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結合的各種工作流程，以幫助優化產品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
Ansys Lumerical FDTD是業界公認的微納光子器件仿真的標準工具。
這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長結構與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應用千微納光電子器件、工藝以及材料的設計、分析和優化。
FDTD的集成設計環境支持腳本語言操作、高級后處理和結構優化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設計要求。
規格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級共形網格技術
靈活的材料插件
支持隨空間變化的各向異性材料
全矢量自定義和高數值孔徑的寬譜高斯光源
遠場分析
Q因子分析
自動提取S參數
能帶結構分析
腳本和優化程序
支持云計算和HPC高性能并行計算
主要特點
光子器件逆向設計優化
針對目標自動化探索最佳設計與結構；找出性能優化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強大的后處理
強大的后處理功能，包括遠場分析，能帶結構分析，雙向散射分布函數(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產生率。
非線性與各向異性材料
對含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進行彷真。可以選擇各種非線性、負折射率和增益的材料模型，或者使用靈活的材料插件自行定義新材料模型。
展開 Mater.綜述 ：無機半導體材料生物界面
（e）生物電子學和生物光子學界面包括電學檢測，光電檢測，光電刺激，光熱刺激和光致發光成像等。
圖5：各種跨越生物界面的信號傳導模式。
（a）①場效應管可以用來檢測局部分析物濃度和細胞膜電位②光電二極管可以用來檢測生物發光過程③光伏器件可以通過光電容或光電化學過程來刺激細胞行為④發光二極管結合光遺傳技術可以用來直接刺激細胞⑤載流子符合產生的熱能可以用于改變細胞膜電容以實現細胞刺激⑥納米尺度的無機半導體材料可以被細胞內吞，從而實現細胞內功能界面。（b）光電容（只涉及雙電容充放電）和光電化學（包括界面氧化還原反應）過程的區別。
【小結和展望】
無機半導體材料和器件由于其多樣的物理化學性質，良好的可加工性和生物相容性，已經被廣泛得用于生物物理學研究和生物醫學應用中。本文詳細得討論了無機半導體材料器件的合成加工和工作原理，深入得總結了跨越生物界面的各種信號傳遞機理，為此后的研究打下了堅實的基礎。盡管如此，在材料生物的界面上仍然有許多尚未完全回答的問題需要新的手段來進行深入的研究。新近開發的表征技術包括高速原子力顯微學，瞬態光譜，冷凍離子束刻蝕，高速超分辨顯微學等手段都可能得到前所未有的關于生物界面的高精度結構和功能信息。除此之外，新型的材料合成手段也可能為生物界面提供新的機遇。舉例來說，結合基因工程和生物礦化過程或許能夠定點定向得在特定細胞內腔室處合成具有特定形貌的納米半導體材料用于高精度生物檢測或者高效能生物調控。最后，除了傳統的電學活性的生物體系外，還有許多新的對象可以用無機半導體材料和器件來進行研究，包括細胞骨架的結構和基于運動蛋白的主動運輸過程，微生物群落內通訊，以及胚胎發育過程等。
展開 搭載軌道角動量（OAM）光束的產生
如今，搭載OAM的光束在量子光學、光通信和生物光子學等許多領域都有應用。根據M. Massari等人的工作，我們用螺旋相位板演示了帶有OAM光束的產生。在VirtualLab Fusion的仿真中，給出了3個不同OAM指數的仿真實例。
建模任務
光路的概念來自M. Massari, et al., Appl. Opt. 54, 4077-4083 (2015)
角向指數L=1，徑向指數P=1
角向指數L=1，徑向指數P=2
角向指數L=1，徑向指數P=3
不同情況對比
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 定制微結構表面
- 如何使用可編程界面工作以及示例（球面）[用例]
? 正確地設置傅里葉變換
- 傅里葉變換設置 – 實例討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 如何使用可編程界面工作以及示例（球面）
- 利用偏振光干涉產生空間變化的偏振
展開 
生物信息學與進化分析及其生物醫學應用
生物信息學與進化分析及其生物醫學應用2.pdf
生物信息學與進化分析及其生物醫學應用1.pdf
[VirtualLab] 搭載軌道角動量（OAM）光束的產生
如今，搭載OAM的光束在量子光學、光通信和生物光子學等許多領域都有應用。根據M. Massari等人的工作，我們用螺旋相位板演示了帶有OAM光束的產生。在VirtualLab Fusion的仿真中，給出了3個不同OAM指數的仿真實例。
建模任務
光路的概念來自M. Massari, et al., Appl. Opt. 54, 4077-4083 (2015)
角向指數L=1，徑向指數P=1
角向指數L=1，徑向指數P=2
角向指數L=1，徑向指數P=3
不同情況對比
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 定制微結構表面
- 如何使用可編程界面工作以及示例（球面）[用例]
? 正確地設置傅里葉變換
- 傅里葉變換設置 – 實例討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 如何使用可編程界面工作以及示例（球面）
- 利用偏振光干涉產生空間變化的偏振
展開 CPCI會議推薦---計算生物學和生物醫學國際學術會議（CBBS 2023）
計算生物學和生物醫學國際學術會議（CBBS 2023）
會議官網：http://www.iccbbs.org/
會議時間：2023年8月12-14日
會議地點：湖北武漢
提交檢索：CPCI (WoS), CNKI, Google Scholar, WanFang Data, etc.
會議介紹
隨著計算機技術的發展，生物醫學信息學和計算生物學越來越受到學術界和工業專家的關注。作為一個跨學科的學術會議，CBBS 2023聚焦生物醫學的熱門研究領域，如計算生物學，計算生物學, 生物醫學機器人等， 旨在為計算生物學和生物醫學領域的學者和行業專家提供一個專業的國際交流平臺，促進行業內，行業間的學術交流，共同探討解決新問題，迎接新挑戰，進而激發新的想法和思路，提供更多的合作機會。
出版與檢索
CBBS 2023 錄用并展示的文章將由Atlantis Press出版, 并提交至CPCI (WoS), CNKI, Google Scholar, WanFang Data等數據庫檢索。
組委會成員
大會主席-陳銘教授，浙江大學生命科學學院教授，內蒙古民族大學生命科學與食品學院特聘院長，有豐富的期刊編輯、審稿和會議經驗。
大會主席-Y-h. Taguchi教授，來自日本東京中央大學，主要研究方向為主成分分析、基于張量分解的特征提取及其在生物信息學中的應用。
投稿主題
計算生物學算法 / 人工關節和器官 / 生物電子學 / 生物物理學 / 計算醫學……
投稿方式
作者請將全文或摘要通過郵箱投稿至info@iccbbs.org，并備注投稿人姓名，職稱，單位，常用電話/微信，或其他需求。
要求為全英文原創稿件，須嚴格按照模板排版后提交。摘要投稿僅做交流展示，不提供出版。
如有其他問題請致電13163283137
展開 Ansys | 什么是表面等離子體光子學及其應用
表面等離子體激元，是自由載流子電子和光子在這些界面上相互作用產生的高度約束電磁波。
SPP的可調屬性實現了對光-物質相互作用進行納米級控制，從而在衍射極限光子器件和新一代集成電路納米級電子器件之間建立了一座橋梁。
納米級光信號的產生、放大、處理和路由為電信、生物化學、能量收集和傳感等不同領域的應用提供了許多機會。
以下是一些等離子體-電子-光子混合集成電路潛在應用的突出示例。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。在一個案例中，研究人員將一種容易與細菌毒素結合的物質涂在表面等離子體光子學納米材料上。這種毒素的存在改變了表面等離子體的頻率，因此改變了反射光的角度，這種效應可以非常精確地進行測量，即使是極小的毒素量也能被檢測到。
表面等離子體光子學技術在傳感方面的其他應用包括：區分病毒感染和細菌感染，以及用于監測充電速率和功率密度的電池內部傳感器。
表面等離子體共振（SPR）傳感器
SPR傳感器可有效取代基于色譜的環境污染物檢測技術。事實證明，SPR傳感技術能夠與色譜法一樣準確地檢測氯丁二烯，同時還能更快地獲得結果。
在其他領域，光纖SPR技術（即在光纖末端使用SPR傳感器），可促進光與表面等離子體的耦合。這有助于實現超靈敏、緊湊的傳感器件，其對于遙感應用特別實用。
石墨烯等離子體
在金納米結構上對石墨烯分層，被證明可提高SPR傳感器的性能。
展開 Speos 數字視覺與監控：機器視覺Camera應用
Lumerical
Ansys Lumerical是一款專業的光學虛擬仿真軟件，能夠為光子設計師提供全面的高精度設計和分析工具，使得設計師能夠從容地面對光設復雜的問題，進而降低開發成本。
Ansys Lumerical可廣泛地應用于生物光子學，成像，照明，光伏等。其相應套件包括以下工具：FDTD、MODE、STACK、CHARGE/HEAT、DGTD/FEEM、MQW、INTERCONNECT和CMLC。
Ansys Zemax及其他光學軟件
在光電圈可靠的咨詢與訂購方式
下面為大家介紹一下“Speos 數字視覺與監控：機器視覺Camera應用”，歡迎大家查閱！
展開 . | Sagnac干涉在集成光子學中的應用
圖1：典型光學干涉器的基本結構
圖2：Sagnac干涉器的發明者法國物理學家Georges Sagnac (1869 ? 1928) 以及基于Sagnac干涉的光學器件的發展歷程
其次，論文將集成Sagnac干涉器作為集成光子器件中的基本結構單元，和其他基本結構單元如馬赫曾德干涉器，環形諧振器，以及光子晶體諧振腔，布拉格光柵進行了特性對比(圖3-5)，并對集成Sagnac干涉器件的仿真建模方法進行了具體介紹。
圖3：集成光子器件中的基本結構單元 (a) 定向耦合器， 以及以其為基礎衍生的二級結構單元包括 (b) 馬赫曾德干涉器，(c) 環形諧振器，和 (d) Sagnac 干涉器
圖4：集成馬赫曾德干涉器，分插復用型環形諧振器，以及級聯Sagnac干涉器的幅頻響應對比
圖5：集成一維光子晶體諧振腔，布拉格光柵，以及級聯Sagnac干涉器的幅頻響應對比
然后，論文對Sagnac干涉器件在集成光子學中的具體應用進行了分類總結，包括集成反射鏡，光陀螺儀(圖6)，光濾波器(圖7)，頻域交織器，量子物理現象的光學類似(圖8)，以及其他應用。其中光陀螺儀作為Sagnac干涉的典型應用，又具體分為基于波導干涉的光陀螺儀，基于無源諧振腔的光陀螺儀，和基于布里淵環形激光器的光陀螺儀。
展開 Ansys Lumerical光子學仿真工具介紹
Ansys Lumerical是業界領先的光子學仿真工具，其擁有完整的光子學仿真解決方案，支持全套光子學器件級和系統級仿真。器件和系統級工具無縫協作，讓設計人員能夠對相互作用的光學、電氣和熱效應進行建模仿真。產品之靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結合的各種工作流程，以幫助優化產品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
Ansys Lumerical FDTD
Ansys Lumerical FDTD是業界公認的微納光子器件仿真的標準工具。這款高性能二維/三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長結構與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應用于微納光電子器件、工藝以及材料的設計、分析和優化。FDTD的集成設計環境支持腳本語言操作、高級后處理和結構優化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設計要求。
Ansys Lumerical Stack
STACK 是分析多層膜的最佳仿真工具，和求解麥克斯韋方程相比能迅速仿真如抗反射膜、OLED、VCSEL等組件的光學特性。能精準描述多層膜的波動光學特性，如干涉以及微腔效應，并支持平面波和偶極子光源。STACK 支持腳本運算，通過API能和Python 或Matlab 互操作。
展開 
一期一會 | 表面等離子體光子學詳解及其應用
SPP的可調屬性實現了對光-物質相互作用進行納米級控制，從而在衍射極限光子器件和新一代集成電路納米級電子器件之間建立了一座橋梁。
納米級光信號的產生、放大、處理和路由為電信、生物化學、能量收集和傳感等不同領域的應用提供了許多機會。
以下是一些等離子體-電子-光子混合集成電路潛在應用的突出示例。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。在一個案例中，研究人員將一種容易與細菌毒素結合的物質涂在表面等離子體光子學納米材料上。這種毒素的存在改變了表面等離子體的頻率，因此改變了反射光的角度，這種效應可以非常精確地進行測量，即使是極小的毒素量也能被檢測到。
表面等離子體光子學技術在傳感方面的其他應用包括：區分病毒感染和細菌感染，以及用于監測充電速率和功率密度的電池內部傳感器。
表面等離子體共振（SPR）傳感器
SPR傳感器可有效取代基于色譜的環境污染物檢測技術。事實證明，SPR傳感技術能夠與色譜法一樣準確地檢測氯丁二烯，同時還能更快地獲得結果。
在其他領域，光纖SPR技術（即在光纖末端使用SPR傳感器），可促進光與表面等離子體的耦合。這有助于實現超靈敏、緊湊的傳感器件，其對于遙感應用特別實用。
石墨烯等離子體
在金納米結構上對石墨烯分層，被證明可提高SPR傳感器的性能。石墨烯的低折射率可最大限度地減少干擾，而其較大的表面積有助于捕獲生物分子。
因此，采用石墨烯可擴展SPR傳感器的應用范圍。此外，石墨烯還可提高SPR傳感器在制造過程中對高溫退火的耐受性。
展開 硅光子學的“最后一米”難題
綜合硅數字邏輯、光電子學以及光纖通信技術的潛力，一切似乎皆有可能。
按照當時工程師們的設想，這些技術將持續發展和融合，直到光子技術與電子技術相結合，并最終取代電子技術。光子技術不僅可以實現跨國數據傳輸，還可以在數據中心之間甚至是計算機之間傳輸數據。工程師們認為，通過光纖可以在芯片間傳輸數據，甚至設想出了光子芯片：很多人都期待將來有一天極速邏輯芯片可以利用光子而非電子。
但是，這樣的設想并未實現。企業和政府曾投入億萬美元用于研究新型光器件和系統，利用光纖將數據中心內部計算機服務器的機架連接起來。誠然，很多現代數據中心的機架都利用這些光設備進行連接。然而光子技術也就到此為止了。在機架內部，單個服務器板仍然使用廉價的銅纜和高速電子器件相互連接。當然，在電路板上，連接處理器的都是金屬導線。
將光子技術推向服務器本身、用光纖直接連接處理器的嘗試，因經濟原因觸礁而失敗了。根據市場調研公司光計數公司（Light Counting）的調查，以太網光收發設備市場規模已達到年均40億美元，到2020年這個市場將擴大到近45億美元和5000萬套器件，這不可否認。但是時至今日，光子技術仍未解決數據中心計算機機架與處理器芯片間最后幾米的問題。
不過，光子技術的巨大潛力意味著仍有希望。雖然技術挑戰仍十分巨大，但數據中心設計的新思路為大數據時代的光子技術革命提供了一條看似可行的道路。
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在當今的數字化世界中，無論是上網、觀看網絡電視，還是做任何其他事情，人們所使用的數據流都會經過光電收發器。光電收發器的作用是實現光電信號的相互轉換。在各大云服務提供商及社交媒體公司的數據中心內部，這些收發器就位于用于在數據中心之間傳輸數據的光纖的端點處。收發器與每個服務器機架頂部的交換設備相連接，將光信號轉化為電信號并傳輸到該機架中的服務器組。
展開 延續摩爾定律的“新”方法：將光子學導入芯片
而首個項目將會是極端可擴展性光子學封裝（ Photonics in the Package for Extreme Scalability，PIPES），它將探索把光子學技術帶入芯片的技術。
此技術透過用光學元件取代電學元件，將可降低將數百個處理器連接在一起所需的工藝及能源需求，并實現大規模并行，將能有效支持數據密集型應用，如人工智慧等技術。且PIPES 還將致力于建立一個國內生態系統，令商業及國防們能不斷獲得先進技術的支援。
此項目首先關注的是先進集成電路封裝的高性能光學I/O 技術的發展，包括現場可編程閘門陣列、圖形處理單元及專用集成電路。其次，將研究新型器件技術和先進鏈路，以實現高度可擴展性及封裝 I/O 。但這種新型的系統架構及大型分布式并行計算的發展將可能具有上千個節點，極為復雜且非常難以管理。而為了解決這個問題，第三項重點將研發低損耗光學封裝方法，以實現高溝道密度和高端口數量，及可重構、低功耗的光學開關技術。
正在進行研究的光子學可能會作為改進我們現有工藝的手段。 CPU，GPU，FPGA和ASIC都依賴于更小的晶體管來以更低的功耗擠出更多的性能。啟用基于光的互連允許延遲取決于通過介質的光速而不是通過半導體的電流。但我們也應該看到，嵌入微電子系統的光子學理論已存在數十年，但尚未完全解決可行性問題。與傳統硅不同，光子器件目前不能很好地擴展以便于大規模生產。
當然DARPA 也強調，還是會著力在ERI 計劃中各個項目的聯系，并應用在先進衛星系統、大規模辨識系統以及網路安全等，掌握這些新興技術的潛在風險，并保證這些項目將有助于維持國家安全。
展開 哥本哈根大學開發新的生物3D打印方法監測復雜的組織結構
現在可以在可視化3D生物打印結構中的氧氣條件，例如快速實現在不同設計的構建體中測試和優化干細胞生長。
使用含有氧敏感納米顆粒的功能化生物聚合物進行3D生物打印
使用功能化生物鏈接的3D生物打印是一種新的強大技術，可以應用于生物醫學以外的許多其他研究領域。例如，將這些先進的材料科學和傳感器技術與微生物學和生物光子學方面的研究結合起來非常鼓舞人心。目前正在使用3D生物打印來研究微生物相互作用和光生物學。
（來源：3D虎）
