【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，武漢光電國家研究中心熊偉教授團隊與光電信息學院孫琪真教授團隊合作提出了一種基于飛秒激光直寫與化學氣相聚合的3D微封裝方法，將光纖端面Fabry–Pérot傳感器的封裝尺寸縮小至百微米級，并顯著提升抗流體與機械干擾能力，從而獲得了穩(wěn)定的高信噪比傳感性能。相關成果以“Monolithic 3D micro-encapsulation on optical fiber tips via femtosecond laser direct writing”為題發(fā)表在國際制造領域期刊《極端制造》(International Journal of Extreme Manufacturing)。
光纖端面的多功能集成因其具有高靈敏度、體積小以及抗電磁干擾等優(yōu)勢而受到廣泛關注。然而，受外部封裝體積龐大和抗干擾能力不足的限制，光纖端面功能傳感器在復雜環(huán)境下的微型化和長期穩(wěn)定監(jiān)測能力仍是一項持續(xù)性的挑戰(zhàn)。為此，該研究創(chuàng)新提出了一種基于飛秒激光直寫(FsLDW)與氣相沉積(CVP)的3D微封裝策略，在光纖端面直接構建密封Fabry–Pérot微腔，實現(xiàn)傳感器封裝尺寸從傳統(tǒng)厘米級到百微米級的跨越。通過該方法，光纖端面Fabry–Pérot傳感器無需外部機械封裝，大幅提升了器件的集成度與結構緊湊性。
封裝后的光纖FPI傳感器在多種復雜環(huán)境測試中均表現(xiàn)出優(yōu)異性能。在光譜穩(wěn)定性測試中，密封器件能夠在水流和液體折射率擾動下保持穩(wěn)定光譜響應；在聲學響應下，器件在24小時聲學激勵過程中仍可維持穩(wěn)定輸出；在機械振動測試中，器件經(jīng)過10 000次循環(huán)后仍保持穩(wěn)定信號。同時，封裝后器件實現(xiàn)了超過一個數(shù)量級的譜穩(wěn)定性提升，并獲得了26.4 dB的長期信號對比度增益。實驗數(shù)據(jù)表明，該策略不僅提升了器件結構強度，顯著增強了傳感系統(tǒng)在動態(tài)環(huán)境中的可用性。
該研究通過將飛秒激光直寫與氣相沉積封裝策略相結合，實現(xiàn)了光纖端面三維微結構與密封功能的一體化集成，顯著提升了光纖Fabry–Pérot傳感器在復雜環(huán)境中的穩(wěn)定性與可靠性。未來，該技術有望進一步向高通量與規(guī)模化制造發(fā)展，例如通過多焦點并行寫入提升加工效率，同時結合新型功能材料與特種氣體封裝拓展多參數(shù)感知能力。此外，隨著光子集成與智能制造的發(fā)展，該策略可進一步拓展至片上光子器件、微腔與微透鏡系統(tǒng)，推動高集成度、智能化光纖傳感系統(tǒng)在生物醫(yī)療、海洋探測及極端環(huán)境監(jiān)測等領域的應用。
武漢光電國家研究中心范旭浩博士和光電信息學院李良曄博士為論文共同第一作者，熊偉教授和孫琪真教授為共同通訊作者。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、湖北省創(chuàng)新群體等項目資助。
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