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“功能光纤最新进展”专刊

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发布时间：2023年04月11日

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Special Issue on Recent Advances in Functional Fibers

专刊介绍

纤维是人类生活中最基本的材料形式之一。具有不同特性和不同尺寸的纤维大量应用于从织物到通信，从激光产生到传感和致动的广阔领域。由于近年来对纤维的光学特性、电学特性、声学特性和细胞接口特性的新发现，功能纤维及其相关应用研究引起了广泛的研究兴趣。它处于光学、材料科学、器件物理学、纳米技术和流体动力学等许多学科的交叉领域，是一个新兴的、有着广阔发展前景的研究领域。“功能纤维最新进展”专刊旨在展示功能纤维研究领域令人兴奋的进展，并促进功能纤维的多样化应用。该专刊包括五篇综述文章和三篇研究文章，涵盖了从光纤理论和建模到新型光纤制造以及在光学调制、传感、能量转换、可穿戴设备等方面的应用等主题。

Strutynski等人^[1^]开发了掺入不同浓度Nd₂O₃的磷酸锌玻璃，并发现其性能随Nd₂O₃浓度线性变化的规律。在此基础上，他们用改进的堆叠和拉伸方法制作了多模大矩形芯光纤，并观察到在这一新型光纤中，由自导非线性效应导致的在可见光和近红外波段的光谱展宽。Ding等人^[^2]提出了一种新型的全固态反谐振单晶光纤（AR-SCF），该光纤以高折射率管为包层，实现了反谐振导引，可以减少模式数从而实现单模或少模传输。他们研究了不同材料和结构对2–3μm波长电磁波的模场限制损耗和有效导模数的影响，确定了不同波长下最佳的AR-SCF结构，并分析了制造误差的影响。Li等人^[^3]基于湿法纺丝工艺制造了可拉伸和变色的热致变色纤维。该纤维具有良好的机械特性和优异的变色稳定性，且可以大规模制造。同时，他们还制作了具有变色图案的织物，并验证了该织物具有静态和动态的图像显示功能，可以为智能信息交互和信息安全保护提供新的可能性。

近年来，由于制造和后处理技术的进步，半导体光纤维技术得到了快速发展。Tsui等人^[^4]总结了半导体光电纤维的最新进展。他们展示了多种半导体材料可以通过高压化学气相沉积（HPCVD）、压力辅助熔体填充（PAMF）和熔融抽芯（MCD）方法制造成纤维。半导体光电纤维不仅将光纤的传输范围扩展到了中红外区域，而且拓宽了其在光学非线性、光电转换、太赫兹技术、光纤激光器和多材料功能光纤等领域的应用，他们预计半导体光电纤维将在从量子光学、通信到可穿戴电子等一系列技术领域发挥重要作用。Zhang等人^[^5]总结了纤维晶体管在材料、结构和应用方面的最新进展，纤维晶体管是半导体光电纤维的一个重要分支。他们介绍了纤维晶体管的可用材料及其在传感、存储器和逻辑计算中的应用。还讨论了基于纤维的晶体管应用于电子纺织品系统的现状、潜力和挑战，并表明具有高机械和环境稳定性以及小功耗的集成电子纺织品将广泛用于医疗保健、体育和娱乐等领域。

将功能材料和结构集成到纤维中，可以实现纤维的新功能，如传感、致动和能量转换。Zhang等人^[^6]总结了光纤磁场传感器的基本原理和应用。他们讨论了不同光纤传感结构的工作原理和结构特征以及不同的磁敏材料，阐述了基于光纤高精度分布式磁场传感系统在地质监测和资源勘探中的重要应用，并表明结构化光纤和磁传感材料可以结合起来形成集成化的传感光纤，从而实现高精度分布式传感。Qian等人^[^7]从材料、结构、制造、器件集成和应用等方面对热拉伸压电纤维进行了全面的综述。他们讨论了压电纤维的材料以及纤维结构对压电性能的影响。并表明压电纤维可以应用于水下声学传感、可听声音传感和通信辅助、医疗保健用传感器、太空尘埃探测、水下致动器、光调制器和能量收集等。Chen等人^[^8]介绍了纳米纤维的制备工艺以及提高其性能和扩展其功能的策略。他们表明，纳米纤维可以通过静电纺丝、熔喷、热拉伸或在模板中进行化学合成来制造。他们回顾了纳米纤维的多种复杂结构（如多孔、Janus、核壳），以及材料特性调控各种方法（如共混聚合物、掺杂催化剂和不同的纳米纤维组装方式），并表明这些手段将广泛扩展纳米纤维在环境传感和处理、能源生产和储存以及生物医学和健康领域的应用。

本期专刊目录如下：

EDITORIAL

Preface to the special issue on “Recent Advances in Functional Fibers”

Lei Wei^✉, Guangming Tao, Chong Hou, Wei Yan

Front. Optoelectron. 15, 53 (2022).

https://doi.org/10.1007/s12200-022-00054-z

RESEARCHARTICLE

[1]

Spatial beam reshaping and large-band nonlinear conversion in rectangular-core phosphate glass fibers

Clément Strutynski, Vincent Couderc, Tigran Mansuryan, Giorgio Santarelli, Philippe Thomas, Sylvain Danto^✉& Thierry Cardinal

Front. Optoelectron. 15, 4 (2022).

https://doi.org/10.1007/s12200-022-00007-6

[2]

All-solid anti-resonant single crystal fibers

Jinmin Ding, Fanchao Meng, Xiaoting Zhao, Xin Wang, Shuqin Lou, Xinzhi Sheng, Luyun Yang, Guangming Tao^✉& Sheng Liang^✉

Front. Optoelectron. 15, 3 (2022).

https://doi.org/10.1007/s12200-022-00003-w

[3]

Flexible thermochromic fabrics enabling dynamic colored display

Pan Li, Zhihui Sun, Rui Wang, Yuchen Gong, Yingting Zhou, Yuwei Wang, Xiaojuan Liu, Xianjun Zhou, Ju Ouyang, Mingzhi Chen, Chong Hou, Min Chen & Guangming Tao^✉

Front. Optoelectron. 15, 40 (2022).

https://doi.org/10.1007/s12200-022-00042-3

REVIEW ARTICLE

[4]