近日，永利江超教授團隊在新型光纖傳感器領域取得新進展，研究成果分别發表在Optics Express和IEEE Sensors Journal上。Optics Express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。IEEE Sensors Journal是IEEE旗下傳感器知名期刊，主要發表傳感器領域的高水平前沿學術成果。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創新發展聯合基金重點項目的資助，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的支持。
成果一：提出并實驗驗證了一種基于聚乙烯醇（PVA）摻雜石墨烯量子點（GQD）的新型光纖法布裡-珀羅幹涉儀（FPI）濕度傳感器。該傳感器由感測FPI和參考FPI并聯組成。兩個傳感FPI分别由濕敏材料PVA和PVA-GQD組成。實驗研究發現，在PVA中摻雜GQD會使濕度敏感性提高2.1倍。通過拼接單模光纖和石英毛細管制備了四個參考FPI，将它們與兩個傳感FPI結合，形成兩個遊标效應（VE）傳感器和兩個諧波遊标效應（HVE）傳感器。實驗研究發現，PVA作為VE傳感器和HVE傳感器的傳感材料的靈敏度分别為-1.0804 nm/%RH和-1.6566 nm/%RH。PVA-GQDs作為VE傳感器和HVE傳感器的傳感材料的靈敏度分别為3.1527 nm/%RH和7.3343 nm/%RH。此外，兩個HVE傳感器的溫度串擾最小。PVA-GQD是一種出色的濕敏材料，顯著提高了濕度傳感器靈敏度，使其成為濕度傳感有前景的候選者之一。該研究成果于2024年8月發表在Optics Express上，永利2023級碩士研究生郭子豪為論文第一作者，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：郭子豪, 江超*, 胡傳菊, 李麗, 韓博文, 郭小珊, 孫四梅, 曹庭水, 李宏, 溫建,黃會玲. Enhancing the sensitivity of a humidity sensor by using PVA and GQDs hybrid diaphragms and the harmonic Vernier effect, Optics Express, vol. 32, no. 17, Aug. 2024, 30458-30480.
論文鍊接：https.//doi.org/10.1364/OE.534281.
成果二：提出并且實驗驗證了一種基于并聯法布裡-珀羅幹涉儀（FPI）的高靈敏度矢量磁效應（MF）傳感器。首先，将兩個标準單模纖維插入毛細管中構成一個懸臂梁結構的FPI1。FPI1實現了15.0 pm/µε的高軸向應變靈敏度。然後，FPI1與磁緻伸縮材料Terfenol-D結合在一起，其MF強度和方向的靈敏度分别達到91.43 pm/mT和-12.75 pm/°。最後，将參考幹涉儀FPI2與FPI1匹配構成諧波遊标效應傳感器S1。S1的MF強度和方向靈敏度分别達到-4.308 nm/mT和892.3 pm/°，将FPI1的MF強度和方向靈敏度分别提高了47倍和33倍。提出的傳感器能夠高靈敏度地測量MF強度和方向。此外，傳感器在制造過程中隻涉及光纖切割、拼接和冷粘合，而不會損壞光纖的結構。因此，它易于制造，可重複性高，成本效益高，結構堅固，易于操作。它是矢量MF傳感器在實際應用中的優選之一。研究成果2024年12月發表在Optics Express上，永利青年教師晏天琦為論文第一作者，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：晏天琦, 江超*, 高嶺, 郭子豪, 韓博文, 郭小珊, 孫四梅, 曹庭水, 劉昌甯, 李宏, 張晗, 黃會玲,Highly sensitive optic fiber vector magnetometer based on the Fabry-Perot interferometer and harmonic Vernier effect, Optics Express 2024, 32(27): 48875-48894.
論文鍊接：https://doi.org/10.1364/OE.544127.
成果三：優雅的雙氣泡級聯錐形結構是一種高靈敏度的光纖應變和矢量磁場傳感器。其應變靈敏度為 -44.5 pm/με，錐形光纖直徑為31μm。當粘合到磁緻伸縮材料上時，傳感器的最大磁場靈敏度為 -0.7838 nm/mT，在8 mT 至 28 mT範圍内的線性拟合度為 0.9931。在 16 mT 和 24 mT 時，方向靈敏度分别達到 102.15 pm/°和 230.85 pm/°。此外，該傳感器的交叉敏感很低，應變與溫度的交叉敏感為 0.89 με/°C，磁場與溫度的交叉敏感度為 0.15 mT/°C。這種傳感器具有制造簡單、機械強度高的優點，是土木工程、導航、地球物理和其他工業應用領域的理想選擇。該研究成果2024年8月發表在Optics Express上，永利2023級研究生董長麗為論文第一作者，團隊骨幹成員劉昌甯副教授為通訊作者，3044am永利集团3044noc為唯一通訊作者單位。
論文信息：董長麗，劉昌甯*，莫惠淋，蘇想，陳奕霖，曹健恒，李凡，孫四梅，江超，Enhanced axial strain and vector magnetic field sensitivity in MZI utilizing dual cascaded air bubbles with tapered fiber, Optics Express 2024, 32(18): 31581-31596.
論文鍊接：https://doi.org/10.1364/OE.532131.
成果四：提出了一種結構穩定的高靈敏度的新型溫濕度傳感器。該傳感器采用馬赫-曾德爾幹涉儀（MZI）來制備。我們首先在NCF上鍍一層銀膜，然後通過水浴法在錐形無芯光纖（NCF）表面塗覆一層Fe2O3納米棒形成一種對溫濕度敏感的傳感器結構，該結構表現出顯著的穩定性和高強度。當外部溫度和濕度的變化會改變Fe2O3納米棒的滲透性，導緻其折射率（RI）變化和MZI共振波長的線性偏移。實驗結果顯示在25℃-60℃範圍傳感器的溫度靈敏度達到0.454 nm/℃；在40%RH-70%RH濕度範圍傳感器的濕度靈敏度為0.3332 nm/%RH。為了提高測量精度，将MZI與光纖布拉格光栅（FBG）級聯，以減輕溫度和濕度之間的交叉靈敏度。該研究成果2024年11月發表在IEEE Sensors Journal上，永利2023級碩士研究生姜奇昌為論文第一作者，團隊骨幹成員盛蘇教授為通訊作者，3044am永利集团3044noc為唯一通訊作者單位。
論文信息：姜奇昌, 盛蘇*, 陳福林, 塗梓楠, 溫建, 江超, Enhancing the Sensitivity of a Temperature and Relative Humidity Sensor Utilizing Fe2O3-Coated Tapered Optical Fiber, IEEE Sensors Journal, vol. 24, no. 22, 15 November 2024, 36916-36922.
論文鍊接：https://doi.org/10.1109/JSEN.//2024.3472070