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刘志海

发布时间:2019-09-30  浏览次数:708

一、个人信息

 刘志海,1977年生,哈尔滨工程大学理学院创新中心主任,光子科学与技术研究中心教授,博士生导师。黑龙江省光学学会理事。1999年进入哈尔滨工程大学理学院任助教,2003年9月晋升为讲师,2006年9月破格晋升为副教授,2009年9月破格晋升为教授。

作为项目负责人,主持国家自然科学基金项目3项,主持国防技术基础项目1项。作为课题组副组长,参加了国家863项目、国家自然科学基金仪器专项。作为课题组骨干,参加了国家自然科学基金、博士点基金、国防基础研究项目、黑龙江省杰出青年基金等10余项科研项目。获得黑龙江省科学技术进步奖一等奖一次,三等奖一次,黑龙江省高校科技奖一等奖一次,三等奖一次。

二、研究兴趣

1. 光纤光镊与应用

    通常,我们用来挟持物体的镊子,都是有形物体。而光镊是一个特别的光场,这个光场与物体相互作用时,物体整个受到光的作用从而达到被钳的效果,然后可以通过移动光束来实现迁移物体的目的。如果以形成光场的中心划定一个几微米方圆的区域,你将会观察到一旦粒子涉足这个禁区就会自动迅速坠落光的中心,表现出这个光场具有地心引力的效应。虽然光与物体相互作用的过程我们是看不见的摸不着,其结果展现给我们的是,通过光镊作用的物体是在按特定路线运行。光镊搬运粒子的情形就酷是一个无形的机械手,这个看不见的机械手将按照您的意志形自如地控制目标粒子。

    在光镊的研究领域,本小组主要研究兴趣是系统地发展光纤光镊的理论、方法和技术,发展多种新型光纤光镊原理、器件与传感系统。进行了如下工作:

l  提出了抛物线形单光纤光镊结构,首次实现了全光作用的单光纤光镊方案。

2  首次提出了全新的单芯光纤光镊的模式复用方法与控制机理,

3  提出了利用光纤光镊构成实用化光纤传感器的构想,首次实现了基于光镊原理的微小力传感、加速度传感、温度传感。

4  利用光纤构建了具有横向加速度的贝塞尔光束,并利用该光束实现了生物细胞的曲线输运。

 

2.特种光纤及器件

   集成光子学和集成光子技术作为光子学领域的发展前沿和热点之一,被誉为是光子学发展到光子产业的必由之路和高级阶段,成为人类社会信息化发展的基石。纤维集成光学的核心思想是将较复杂的光路和各种光学元器件集成到一根光纤中,通过将光路和各种光学元器件集成到一根微结构光纤中的方法和技术,可形成一系列新型、微型、特种器件、组件和系统。

 

   在特种光纤及器件的研究领域,本小组主要研究兴趣是:系统开展纤维集成光学原理与技术的研究,发展新型光纤器件、新型功能光纤与特种光纤测试系统。进行了如下工作:

l  近年来,在实验室提出的纤维集成光学新思路的框架下,研究了干涉仪单纤集成的新方法,攻克了光纤内光路构造、干涉仪单纤嵌入等关键技术。

2  实现了极化双芯电光调制器,发明专利“一种干涉型集成式光信号调制器及其制作方法”成功入选国家知识产权局组织评审的2010年度百件优秀中国专利。

3  搭建了特种光纤测试系统,实现了折射率分布、几何参数等多种参数的测试。


3.光纤传感技术及应用


    传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中,光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能,例如:具有抗电磁和原子辐射干扰的性能,径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区),或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。

    在光纤传感技术及应用的研究领域,本小组主要研究兴趣是:开展多种新型光纤传感原理与技术研究,开展生物医学领域光纤传感器的开发与应用研究。进行了如下工作:

l  依托于科技部国际合作项目,开展了分布式光纤气体传感系统的研制。

2  开展了特种光纤传感器用于弯曲、应变、温度等物理量的测量研究,设计了多种新型光纤传感器。

3  开展了用于结合纳米金粒子、纳米金膜等新型SPR光纤传感器的研究。

 

 

三、科研成果

1.All-fiber self-accelerating Bessel-like beam generator and its application

Zhihai Liu, Yaxun Zhang, Yu Zhang*, Peibo Liang, Jun Yang, Libo Yuan,Optics Letters,, 2014;

未标题-12 We demonstrate an all-fiber transverse self-accelerating Bessel-like beam generator and its optical trapping application. The theoretical and experimental studies have been provided to verify this beam properties. We produce the Bessel-like beam by splicing the single-mode fiber and multimode fiber with a defined offset, and then modulating the output light beam phase by fabricating a small hemispherical-lens fiber tip, therefore the phased-modulated Bessel-like beam generates the properties of transverse self-accelerating. The transverse acceleration of the Bessel-like beam generates here is ~10-4μm-1, which is almost 100 times larger than that of the beam generates in the free-space optical circuit based on the lens. The experimental and simulated results have good consistencies. The realization of the micro particle transverse acceleration transporting with this Bessel-like beam provides a new method for micro particles to be transported in a bending trajectories. This all-fiber transverse self-accelerating Bessel-like beam generator structure is simple, with a high integration, size is small, constitutes a new development for high-precision biological cells experiments and manipulations.

 

2.Mode division multiplexing technology for single-fiber optical trapping axial-position adjustment

*Liu Zhihai; Wang Lei; Liang Peibo; Zhang Yu; Yang Jun; Yuan Libo ,Optics Letters, 38(14), pp2617-2620, 2013;

 We demonstrate trapped yeast cell axial-position adjustment without moving the optical fiber in a single-fiber optical trapping system. The dynamic axial-position adjustment is realized by controlling the power ratio of the fundamental mode beam (LP01) and the low-order mode beam (LP11) generated in a normal single-core fiber. In order to separate the trapping positions produced by the two mode beams, we fabricate a special fiber tapered tip with a selective two-step method. A yeast cell of 6 μm diameter is moved along the optical axis direction for a distance of ∼3μm. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of the trapping position adjustment without moving the fiber for single-fiber optical tweezers. The excitation and utilization of multimode beams in a single fiber constitutes a new development for single-fiber optical trapping and makes possible more practical applications in biomedical research fields.

3.Integrated fiber Michelson interferometer based on poled hollow twin-core fiber

*Liu Zhihai; Bo Fusen; Wang Lei; Tian Fengjun, Yuan Libo, Optics Letters, 36(13), pp 2435-2437, 2011;

We propose an integrated fiber Michelson interferometer based on a poled hollow twin-core fiber. The Michelson interferometer can be used as an electro-optic modulator by thermal poling one core of the twin-core fiber and introducing second-order nonlinearity in the fiber. The proposed fiber Michelson interferometer is experimentally demonstrated under driving voltages at the frequency range of 149 to1000Hz. The half-wave voltage of the poled fiber is135V, and the effective second-order nonlinear coefficient χ2 is 1:23pm=V.

4.A Novel Temperature Sensor Based on Optical Trapping Technology

Zhang Y ;Liang, PB ; Liu, ZH ; Lei, JJ ; Yang, J ; Yuan, LB, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 32(7), 2014;

   We propose and fabricate a novel temperature sensor based on the optical trapping technology. The temperature sensing cell is constructed by putting a “test-micro-particle” enclosed in a space built by a quartz capillary tube and two opposite-inserted optical fibers. In order to make the emperature sensor have the ability of auto-ready and easy-reset, we design and fabricate the special concavities in the ends of two fibers. This ability of autoready and easy-reset makes the sensor convenient to be applied in industrial fields for long-term-use. These properties provide a new probably development direction in sensing research fields for the optical tweezers technology, and solve the optical tweezers measurement repeatability problems.

5.Multi-Dimensional Manipulation of Yeast Cells Using a LP11 Mode Beam

Zhang, Y; Liang, PB ; Lei, JJ ; Wang, L ; Liu, ZH* ; Yang, J ; Yuan, LB , JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 32(6),1098-1103, 2014;

 

We report a new method for constructing a single fiber optical tweezers, which can realize multi-dimensional manipulation of trapped yeast cells by using a LP11mode beam excited in a normal communication single core optical fiber. This allows a simple and convenient orientation control on the trapped yeast cells. The LP11 mode beam, both for generating trap and orientation manipulation, has been modulated by using the tension and twisting loaded on the fiber. We present experimental results of controllable deflection and orientation manipulation of the yeast cells. To the best of our knowledge, it is the first report about the trapped yeast cells being driven by the normal single fiber optical tweezers in multi dimensions, and it constitutes a new development for single fiber optical trapping and makes possible of more practical applications in the biomedical research fields.


部分论文列表

1.*Liu Zhihai; Wang Lei; Liang Peibo; Zhang Yu; Yang Jun; Yuan Libo ,Mode division multiplexing technology for single-fiber optical trapping axial-position adjustment ,Optics Letters, 38(14), pp2617-2620, 2013;

2.*Liu Zhihai; Bo Fusen; Wang Lei; Tian Fengjun, Yuan Libo, Integrated fiber Michelson interferometer based on poled hollow twin-core fiber,Optics Letters, 36(13), pp 2435-2437, 2011;

3.*Zhang Y ;Liang, PB ; Liu, ZH ; Lei, JJ ; Yang, J ; Yuan, LB, A Novel Temperature Sensor Based on Optical Trapping Technology, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 32(7), 2014;

4.*Zhang, Y; Liang, PB ; Lei, JJ ; Wang, L ; Liu, ZH ; Yang, J ; Yuan, LB , Multi-Dimensional Manipulation of Yeast Cells Using a LP11 Mode Beam, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 32(6),1098-1103, 2014;

5.*Zhang, Y ; Liu, ZH; Yang, J; Yuan, LB , A non-contact single optical fiber multi-optical tweezers probe: Design and fabrication ,Optics Communications, 285(20), pp 4068-4071, 2012;

6.*Zhang, Yu; Liu, Zhihai; Yang, Jun; Yuan, Libo,Four-Core Optical Fiber Micro-Hand,Journal of Lightwave Technology, 30(10), pp 1487-1491, 2012;

7. Zhang, Yu; Liu, Zhihai; Yang, Jun; *Yuan, Libo,An Optical Power Coupling Ratio Control Approach Among Multi Cores in a Multi-Core Fiber ,Sensor Letters, 10(7), pp 1498-1501, 2012;

8. Zhang, Yu; Liu, Zhihai; Yang, Jun; *Yuan, Libo,An Annular Core Single Fiber Tweezers ,Sensor Letters, 10(7), pp 1376-1379, 2012;

9. Tian, Fengjun; *Yuan, Libo; Liu, Zhihai; Bo, Fusen,A Novel Elliptical-Core Hollow Fiber Applied in Phase Modulator,Sensor Letters, 10(7), pp 1389-1392, 2012;

10.Tian,Fengjun; Yuan, Libo; Dai, Qian; Liu, Zhihai; Zhou Ai,Fabrication technology of embedded multi-elliptical-cores hollow fiber ,Sensor Letters, 10(7), pp 1391-1394, 2012 ;

11.Tian, Fengjun; Yuan, Libo; Dai, Qiang; Liu, Zhihai,Embedded multicore hollow fiber with high birefringence ,Applied Optics, 50(33), pp 6162-6167, 2011;

12.Tian, Fengjun; *Yuan, Libo; Liu, Zhihai; Bo, Fusen,An elliptical-core hollow fiber with high second-order nonlinearity ,Guangxue Xuebao/Acta Optica Sinica, 32(1), pp 0106001-1-0106001-4, 2012;

13.*Zhang, Yu; Liu, Zhihai; Yang, Jun; Yuan, Libo,An optical power coupling ratio control approach among multi cores in a multi-core fiber,Zhongguo Jiguang/Chinese Journal of Lasers, 38(12), pp 1-4, 2011;

14.*Zhang, Yu; Liu, Zhi-Hai; Yang, Jun; Yuan, Li-Bo; Sun, Jing-Hua; Theory and experiment for coupling characteristic of core-circular-symmetrical-distribution multi-core fiber ,Faguang Xuebao/Chinese Journal of Luminescence, 32(12), pp 1286-1291, 2011;

15 *Liang, Peibo、Gao, He、Wang, Lei、Liu, Zhihai ,A novel method to calibrate fiber optical tweezers,International Conference on Optical Instruments and Technology (OIT) - Solid State Lighting and Display Technologies, Holography, Speckle Pattern Interferometry, and Micro/Nano Manufacturing and Metrology, 2011/11/6-2011/11/9, Beijing, PEOPLES R CHINA, 2011;

  

四、招生意向

    欢迎对我们小组研究方向感兴趣的同学加入!同时欢迎博士后,访问学者加盟。每年招收1-2名博士研究生,每年招收2-3名硕士研究生,接纳2-4名本科生参加科研。

硕士专业:光学工程(工学);光学(理学)

博士专业:光学工程(一级学科点)

博士后流动站:光学工程(一级学科点)

博士后、访问学者申请人应有以下一项或者多项研究背景:光学、电子工程、生物医学和材料科学。尤其欢迎具有生物学或者材料科学背景的硕士、博士加入我们课题组。

联系方式:liuzhihai@hrbeu.edu.cn

 

 

 

五、在读学生

博士:


张亚勋,2011级博士

机电工程学院机械电子工程专业

邮箱:xyzyx8511@163.com

梁佩博,2011级博士

机电工程学院机械电子工程专业

邮箱:13353984@qq.com

 


雷皎洁,2012级博士

理学院光学工程专业

邮箱:leijiaojie19881214@126.com

魏勇,2012级博士

理学院光学工程专业

邮箱:weiyong198747@163.com

 


徐妍,2014级博士

理学院光学工程专业

邮箱:526943261@qq.com

 

 

 

 

硕士:


赵毓静,2012级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:yujingflysky@163.com

 

曹芳芳,2012级硕士

理学院光学专业

邮箱:caofang_881129@163.com


 


王真真,2013级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:wei_sensen@163.com

孙华权,2013级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:478198682@qq.com


 


张禹,2013级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:444848588@qq.com

刘春兰,2013级硕士

理学院光学专业

邮箱:lclliuchunlan@163.com


 


吴鹏,2014级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:640855796@qq.com

王露,2014级硕士

理学院光学专业

邮箱:2448269278@qq.com


 


赵莉,2014级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:m18944601125_1@163.com

陈云浩,2014级硕士

理学院光学工程专业

邮箱:z13945167696@163.com


六.毕业生

王镭 博士

机电工程学院机械电子工程专业

中国航天第二研究院706研究所

毕业论文题目

基于模式复用技术的单光纤光镊研究

 

王宪彬硕士

理学院光学工程专业

哈尔滨工程大学理学院读博

毕业论文题目

分布式光纤气体传感器系统研制

 

杨元元硕士

理学院光学工程专业

中国电子科技集团公司第23研究所

毕业论文题目

基于多模光纤的集成式干涉仪及其传感特性研究

 

 

 

申织华硕士

理学院光学工程专业

北京鉴衡认证中心

毕业论文题目

光纤折射率分布测量系统的软件设计与实现

 

国小磊硕士

理学院光学工程专业

中航科技集团公司九院十三所

毕业论文题目

分布式光纤气体传感器关键技术研究

 

高鹤硕士

理学院光学专业

瑞斯康达科技发展股份有限公司

毕业论文题目

光纤折射率分布测量装置硬件系统研制

 

刘晨硕士

理学院光学工程专业

中兴通讯股份有限公司

毕业论文题目

物体运动姿态检测系统的数据采集与处理技术研究

 

侯国华硕士

理学院光学工程专业

新美亚电子(深圳)有限公司

毕业论文题目

近场光纤光镊理论与捕获特性研究

 

高迎春硕士

理学院光学工程硕士

毕业论文题目

光纤折射率分布测量装置的数据采集与还原技术研究

 

薄夫森硕士

理学院光学工程专业

极化光纤电光强度调制器件理论与实验研究

 

刘娅硕士

理学院光学工程专业

毕业论文题目

极化光纤电光调制器件特性研究

 


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