【微纳加工】国产MEMS光纤传感器技术崛起！

文摘 2024-10-31 23:59 江苏

自20世纪70年代末兴起以来，光纤传感技术随着光纤技术的不断飞跃，已从单一的信号传输“血管”进化为监测信号的“神经”，在极端环境与复杂应用中展现出了非凡的能力。本文将深入探讨国产MEMS光纤传感器技术的最新进展，解析其工作原理、技术特点、应用领域及未来发展趋势。

一、光纤传感技术的崛起与优势

光纤传感技术的兴起，标志着传感领域的一次革命性飞跃。光纤，这一曾经仅用于信号传输的媒介，如今已发展成为监测、测量与控制的核心元件。其极高的灵敏度和精度、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、无源以及与数字通信系统的高度兼容性，使得光纤传感器能够在极端环境下完成传统电传感器难以甚至无法完成的任务，极大地扩展了传感器的功能与应用范围。

光纤传感器的工作原理是将被测对象的状态转变为可测的光信号。这一过程涉及光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等多个关键组件。其中，光导纤维作为光信号的传输介质，利用光的完全内反射原理，实现了光信号在纤芯中的低衰减、长距离传输。这一特性，为光纤传感器在远程监测、复杂环境中的应用提供了坚实的物理基础。

二、MEMS光纤传感器

MEMS技术与光纤传感技术的结合，催生了MEMS光纤传感器这一新型传感元件。然而，需要明确的是，MEMS光纤传感器并非传统意义上的MEMS传感器将模拟信号转换为电信号，而是一种将被测对象的状态转换为光信号并进行传输与处理的新型传感器。

MEMS光纤传感器结合了MEMS技术的微型化、集成化与光纤传感技术的高灵敏度、抗干扰性，展现出了独特的优势。其微型化的结构使得传感器能够嵌入到更小的空间中，实现更为精确的测量与控制；而光纤传感技术的高灵敏度与抗干扰性，则保证了传感器在复杂环境下的稳定工作与准确测量。

在结构上，MEMS光纤传感器通常由光源、光纤、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。光源发出光线，通过光纤引导至检测点，光调制机构根据被测对象的状态对光信号进行调制，然后光电探测器接收调制后的光信号并将其转换为电信号，最后由信号处理系统进行处理与解析。

三、国产MEMS光纤传感器的技术创新与应用

近年来，我国在MEMS光纤传感器技术领域取得了显著进展。通过自主研发与创新，国产MEMS光纤传感器在灵敏度、精度、稳定性及成本效益等方面均取得了显著提升。

在技术创新方面，国产MEMS光纤传感器采用了先进的材料制备工艺与微纳加工技术，实现了传感器结构的微型化与集成化。同时，通过优化光源、光纤及光电探测器的设计，提高了传感器的灵敏度与精度。此外，还引入了智能算法与数据处理技术，实现了对光信号的快速、准确解析与处理。

在应用方面，国产MEMS光纤传感器已广泛应用于航空航天、军事国防、工业制造、环境监测等多个领域。在航空航天领域，MEMS光纤传感器被用于监测飞机结构健康状态、发动机温度与压力等关键参数；在军事国防领域，其高灵敏度与抗干扰性使其成为战场监测与侦察的重要工具；在工业制造领域，MEMS光纤传感器则用于实时监测生产线上的温度、压力、振动等参数，确保生产过程的稳定与高效；在环境监测领域，其能够准确测量水质、空气质量等环境参数，为环境保护提供有力支持。

微纳研究院

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