近日，我院江超教授团队在新型光纤传感器领域取得新进展，研究成果分别发表在Optics Express和IEEE Sensors Journal上。Optics Express是美国光学学会(OSA)旗下重要TOP期刊，主要发表光学领域的高水平前沿学术成果，是国际光学界广泛认可的期刊。IEEE Sensors Journal是IEEE旗下传感器知名期刊，主要发表传感器领域的高水平前沿学术成果。上述研究成果得到了国家自然科学基金和湖北省自然科学基金创新发展联合基金重点项目的资助，并获得微纳光电子器件与集成湖北省工程研究中心、光电转换材料与器件湖北省重点实验室等科研平台的支持。
成果一：提出并实验验证了一种基于聚乙烯醇（PVA）掺杂石墨烯量子点（GQD）的新型光纤法布里-珀罗干涉仪（FPI）湿度传感器。该传感器由感测FPI和参考FPI并联组成。两个传感FPI分别由湿敏材料PVA和PVA-GQD组成。实验研究发现，在PVA中掺杂GQD会使湿度敏感性提高2.1倍。通过拼接单模光纤和石英毛细管制备了四个参考FPI，将它们与两个传感FPI结合，形成两个游标效应（VE）传感器和两个谐波游标效应（HVE）传感器。实验研究发现，PVA作为VE传感器和HVE传感器的传感材料的灵敏度分别为-1.0804 nm/%RH和-1.6566 nm/%RH。PVA-GQDs作为VE传感器和HVE传感器的传感材料的灵敏度分别为3.1527 nm/%RH和7.3343 nm/%RH。此外，两个HVE传感器的温度串扰最小。PVA-GQD是一种出色的湿敏材料，显著提高了湿度传感器灵敏度，使其成为湿度传感有前景的候选者之一。该研究成果于2024年8月发表在Optics Express上，我院2023级硕士研究生郭子豪为论文第一作者，江超教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：郭子豪, 江超*, 胡传菊, 李丽, 韩博文, 郭小珊, 孙四梅, 曹庭水, 李宏, 温建,黄会玲. 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.
论文链接：https.//doi.org/10.1364/OE.534281.
成果二：提出并且实验验证了一种基于并联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的高灵敏度矢量磁效应（MF）传感器。首先，将两个标准单模纤维插入毛细管中构成一个悬臂梁结构的FPI1。FPI1实现了15.0 pm/µε的高轴向应变灵敏度。然后，FPI1与磁致伸缩材料Terfenol-D结合在一起，其MF强度和方向的灵敏度分别达到91.43 pm/mT和-12.75 pm/°。最后，将参考干涉仪FPI2与FPI1匹配构成谐波游标效应传感器S1。S1的MF强度和方向灵敏度分别达到-4.308 nm/mT和892.3 pm/°，将FPI1的MF强度和方向灵敏度分别提高了47倍和33倍。提出的传感器能够高灵敏度地测量MF强度和方向。此外，传感器在制造过程中只涉及光纤切割、拼接和冷粘合，而不会损坏光纤的结构。因此，它易于制造，可重复性高，成本效益高，结构坚固，易于操作。它是矢量MF传感器在实际应用中的优选之一。研究成果2024年12月发表在Optics Express上，我院青年教师晏天琦为论文第一作者，江超教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：晏天琦, 江超*, 高岭, 郭子豪, 韩博文, 郭小珊, 孙四梅, 曹庭水, 刘昌宁, 李宏, 张晗, 黄会玲,Highly sensitive optic fiber vector magnetometer based on the Fabry-Perot interferometer and harmonic Vernier effect, Optics Express 2024, 32(27): 48875-48894.
论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.544127.
成果三：优雅的双气泡级联锥形结构是一种高灵敏度的光纤应变和矢量磁场传感器。其应变灵敏度为 -44.5 pm/με，锥形光纤直径为31μm。当粘合到磁致伸缩材料上时，传感器的最大磁场灵敏度为 -0.7838 nm/mT，在8 mT 至 28 mT范围内的线性拟合度为 0.9931。在 16 mT 和 24 mT 时，方向灵敏度分别达到 102.15 pm/°和 230.85 pm/°。此外，该传感器的交叉敏感很低，应变与温度的交叉敏感为 0.89 με/°C，磁场与温度的交叉敏感度为 0.15 mT/°C。这种传感器具有制造简单、机械强度高的优点，是土木工程、导航、地球物理和其他工业应用领域的理想选择。该研究成果2024年8月发表在Optics Express上，我院2023级研究生董长丽为论文第一作者，团队骨干成员刘昌宁副教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：董长丽，刘昌宁*，莫惠淋，苏想，陈奕霖，曹健恒，李凡，孙四梅，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.
论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.532131.
成果四：提出了一种结构稳定的高灵敏度的新型温湿度传感器。该传感器采用马赫-曾德尔干涉仪（MZI）来制备。我们首先在NCF上镀一层银膜，然后通过水浴法在锥形无芯光纤（NCF）表面涂覆一层Fe2O3纳米棒形成一种对温湿度敏感的传感器结构，该结构表现出显著的稳定性和高强度。当外部温度和湿度的变化会改变Fe2O3纳米棒的渗透性，导致其折射率（RI）变化和MZI共振波长的线性偏移。实验结果显示在25℃-60℃范围传感器的温度灵敏度达到0.454 nm/℃；在40%RH-70%RH湿度范围传感器的湿度灵敏度为0.3332 nm/%RH。为了提高测量精度，将MZI与光纤布拉格光栅（FBG）级联，以减轻温度和湿度之间的交叉灵敏度。该研究成果2024年11月发表在IEEE Sensors Journal上，我院2023级硕士研究生姜奇昌为论文第一作者，团队骨干成员盛苏教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：姜奇昌, 盛苏*, 陈福林, 涂梓楠, 温建, 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.
论文链接：https://doi.org/10.1109/JSEN.//2024.3472070