近日，永利江超教授在光纖磁場傳感器領域連續取得重要進展，研究成果分别發表在Optics Letters，Measurement和IEEE Sensors Journal上。其中，Optics Letters是美國光學學會(OSA)旗下重要TOP期刊，主要發表光學領域的高水平前沿學術成果，是國際光學界廣泛認可的期刊。Measurement是Elsevier旗下儀器儀表領域重要TOP期刊，主要發表測量與傳感領域的高水平前沿學術成果。IEEE Sensors Journal是IEEE旗下傳感器知名期刊。上述研究成果得到了國家自然科學基金和湖北省自然科學基金的資助，并獲得微納光電子器件與集成湖北省工程研究中心、光電轉換材料與器件湖北省重點實驗室等科研平台支持。
成果一：提出了一種結構穩定、靈敏度高的光纖磁場傳感器。使用水浴法在錐形少模光纖表面制備一層Fe2O3納米棒，形成一個Mach-Zehnder幹涉儀實驗發現少模光纖表面生長的納米結構特别穩定和牢固，在外部磁場作用下Fe2O3納米棒的磁導率發生變化，導緻其折射率發生變化，從而導緻MZI的共振波長發生線性偏移。實驗結果顯示在10 mT～80 mT範圍内傳感器的磁場靈敏度達到-0.5348 nm/mT。研究成果2023年12月發表在Optics Letters上，我校2022級碩士研究生李麗為論文第一作者，江超教授為通訊作者，3044am永利集团3044noc為唯一通訊作者單位。
論文信息：李麗, 江超*, 韓園園, 胡傳菊, 鄧龍鳳, 高嘉偉, 蔣文博, 陳福林, 譚海東, 溫建, 李宏. Highly sensitive magnetic field sensor based on Fe2O3 nanorods grown on the surface of tapered few mode fiber. Optics Letters,vol. 48, no. 23, December 2023, 6240-6243.
論文鍊接：https://doi.org/10.1364/OL.506207.
成果二：提出了一種基于法布裡-珀羅幹涉儀（FPI）和磁緻伸縮材料Terfenol-D的超靈敏光纖磁場傳感器。将錐形兩模光纖插入空心光纖中制成一個低精細度的FPI1。由于應變有效作用長度增加，FPI1對軸向應變特别敏感。将磁緻伸縮材料Terfenol-D與FPI1粘貼在一起。在磁場作用下Terfenol-D具有優異的拉伸性能，導緻粘附在Terfenol-D上的FPI1對磁場具有高靈敏度。實驗發現在9.7 mT～92.4 mT大磁場範圍内FPI1的磁場靈敏度達到1.67 nm/mT。為了進一步提高FPI1的磁場靈敏度，将對磁場不敏感的空氣腔FPI2與FPI1并聯，形成遊标效應，進一步放大FPI1的磁場靈敏度。實驗發現在13.1 mT～21.9 mT範圍内，傳感器的磁場靈敏度被放大到36.43 nm/mT，是單個FPI1的21.8倍，這是目前已知的最高磁場靈敏度。該傳感器還具有良好的重複性和穩定性，以及低的溫度串擾。
該研究成果2023年12月發表在IEEE Sensors Journal上，我校2022級碩士研究生鄧龍鳳為論文第一作者，江超教授為通訊作者，3044am永利集团3044noc為唯一通訊作者單位。
論文信息：鄧龍鳳, 江超*, 高嘉偉, 胡傳菊, 李麗, 曹庭水, 李宏, 孫四梅, 黃會玲. Ultrasensitive Magnetic Field Sensor Based on Fabry–Perot Interferometer and Magnetostrictive Material. IEEE Sensors Journal, vol. 23, no. 24, 15 December 2023, 30444-30450.
論文鍊接：https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3328861.
成果三：利用兩個Fabry-Perot幹涉儀（FPI）級聯和諧波遊标效應設計了一款高靈敏度光纖應變和磁場傳感器。兩個級聯的FPI包括一個本征FPI1和一個非本征FPI2。FPI1是通過飛秒激光在單模光纖芯上燒蝕的反射面與光纖端面形成的。然後，FPI1和另一根單模光纖從兩側插入石英毛細管中形成FPI2。通過調整FPI2的腔長，使FPI1和FPI2級聯形成諧波遊标效應傳感器。由于FPI1是懸臂梁結構，它不受軸向應變的影響。軸向應變作用在較長的毛細管上，導緻應變的有效長度得到延伸，傳感器的應變靈敏度得到放大。由于FPI1和FPI2被緊湊地級聯在一起，該應變傳感器具有非常小的尺寸。實驗得到傳感器的應變靈敏度為260.05 pm/με。由于具有極高的軸向應變靈敏度，将傳感器粘貼在磁緻伸縮材料Terfenol-D上，獲得磁場靈敏度達到6.82 nm/mT，能夠檢測到的最小磁場強度為0.1 mT，溫度串擾僅為0.3 mT/°C。
該研究成果2024年6月發表在Measurement上，我校青年教師曹庭水為論文第一作者，江超教授為通訊作者，3044am永利集团3044noc為唯一通訊作者單位。
論文信息：曹庭水, 江超*, 郭小珊, 張珑, 黃會玲, 劉昌甯, 孫四梅. Ultra-sensitive axial strain and magnetic field sensor based on three reflection surface interference and harmonic vernier effect. Measurement, 237 (2024), 115172. June 2024.
論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.115172.
成果四：提出了一種填充鐵磁流體的光纖馬赫-曾德爾幹涉儀（MZI）磁場傳感器。傳感器是通過嵌入一個充滿鐵流體的短毛細管來構建的，拼接結構為“SMF-MMF-毛細管-MMF-SMF”，實驗證明該器件具有極高的折射率（RI）靈敏度。當傳感器放置在外部磁場中時，鐵磁流體RI的變化導緻幹涉儀的透射光譜漂移。實驗結果表明傳感器在縱向和垂直方向上分别靈敏度分别為8.9657 nm/mT和4.2642 nm/mT，磁場測量範圍分别為0–1.5 mT和0.8–2.2 mT。此外，傳感器表現出極低的溫度串擾。該傳感器具有操作穩定、尺寸緊湊、堅固耐用等優點，适合測量微弱磁場。
該研究成果2024年3月以“High sensitivity and low temperature cross-talk magnetic field sensor with ferrofluid-filled in-fiber Mach-Zehnder interferometer”發表在Measurement 230 (2024) 114516上，論文由江超教授和中國計量大學徐贲博士合作完成，徐贲博士和江超教授為共同通訊作者，3044am永利集团3044noc為通訊單位之一。
論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114516.