磁场传感在医疗、交通、航空航天等众多领域发挥着重要作用,光纤磁场传感器具有结构紧凑、远距离探测、成本低、灵敏度高等优点,受到人们的广泛关注。然而,光纤磁场传感器普遍易受温度扰动的影响。

超紧凑光纤尖端传感器在磁场和温度测量中实现高灵敏度

近期,虽然通过集成多个传感元件可以有效消除温度串扰,但这是以增加整个传感元件的尺寸为代价的,并且多个元件的不同空间位置可能引起多参数判别传感中的测量误差。

在《光:先进制造》杂志上发表的一篇新论文中,由复旦大学信息科学与技术学院上海超精密光学制造工程研究中心、微纳米光子结构重点实验室、电磁波信息科学重点实验室、先进光纤器件与系统组肖利民教授领导的科学家团队及其同事开发了一种超紧凑多芯光纤(MCF)尖端探头,用于磁场和温度辨别传感。

利用双光子聚合(TPP)技术,分别在MCF的两个不同芯体上打印出碗状微悬臂和微流体浸润微腔。微悬臂在碗状尖端内嵌入铁球,使其具有磁敏性,而微流体浸润微腔则提供了高灵敏度的温度传感元件。

利用灵敏度系数矩阵实现两个参数的判别测量,该技术不仅可以实现磁场和温度的高灵敏度判别传感,而且可以大大减小多参数传感器的尺寸。

所提出的 3D 打印 MCF 尖端探针能够通过单根光纤内的多通道检测微小光纤尖端上的多信号,当传感空间尺寸极其有限时,它可以提供超紧凑、灵敏且可靠的判别测量方案。此外,能够按需打印探针可以加速研究,其中 MCF 尖端打印结构可以轻松适应特殊情况。

科学家预测:“碗状微悬臂还可以为微结构与丰富的功能材料的结合、扩展多参数传感场景以及促进 MCF 的应用提供有用的平台。”