【儀表網 研發快訊】近日，山西大學光電研究所李永民教授課題組和申恒教授課題組合作在腔光力傳感器領域取得重要進展，提出了一種新型磁力計—光纖腔光力磁力計的構建方案，基于該新型磁力計，研究團隊結合波分復用技術，在國際上首次實驗實現了公里級腔光力光纖傳感網絡，并成功對三維磁場進行了高靈敏分布式測量。該研究成果以“Optomechanical sensor network with fiber Bragg gratings”為題，發表于Nature Communications。光電研究所博士生楊世偉、張強教授和博士生楊麟潤為論文共同第一作者，張強教授、申恒教授與李永民教授為論文通訊作者，碩士生劉航華、博士生王泉森以及張鵬飛教授參與了該研究。
傳感器網絡通過廣泛分布的傳感器節點，能夠全面采集目標信息，在智慧城市、物聯網、油氣工業和地震監測等領域具有重要的應用價值。傳感器作為其核心器件，需兼具高靈敏度、強魯棒性和可復用性。腔光力體系作為一種新興的超靈敏傳感技術，已成功實現對應力、位移、磁場等多種物理量的高精度單點式傳感。然而，將現有單點式腔光力傳感器直接用于構建傳感網絡仍面臨關鍵挑戰，其核心難題在于如何將多個傳感器與長距離標準單模光纖實現低損耗、無縫融合，并確保信號光在長距離傳輸中不受單模光纖退偏導致的偏振擾動影響。
研究團隊通過融合腔光力學傳感機制與光纖傳感技術，構建了Terfenol-D機械振子，成功設計并制備出新型光纖腔光力磁力計，其DC和AC磁場峰值靈敏度分別為8.73 pm/Gs和537 fT/Hz1/2。在此基礎上，團隊進一步利用波分復用技術，將多個單點式光纖腔光力磁力計串聯集成于單根長距離標準單模光纖中，首次在實驗上實現了公里級腔光力傳感器網絡，并基于該網絡在常溫、常壓及無磁屏蔽條件下完成了對三維磁場的高靈敏分布式測量。該工作為光纖傳感領域引入了新的物理機制，同時拓展了腔光力學的應用范圍，為光纖傳感與腔光力學兩領域的深度交叉融合提供了新思路。
這項工作得到科技創新2030“量子通信與量子計算機”重大項目、國家自然科學基金、光量子技術與器件全國重點實驗室、省部共建極端光學協同創新中心及山西省基礎研究計劃的支持。
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