皮牛级光纤微力传感,可探测非线性气流力

2023-12-27

在微纳尺度,实现微小力的精确测量对很多学科的前沿探索有很大的推动作用。微力传感器的核心原则为器件尺寸及传感性能与使用场景的适配。其中,在准确判断微观物理过程中微小力的作用时,传感器的测量精度尤为重要。

 

目前已有的高精度(皮牛级)力学传感系统包括MEMS、AFM等,其通常是为特定用途而开发的,价格高昂,使用复杂,不能和柔性、可穿戴等场景相融合。

 

 

光纤力学传感器具有柔性、抗电磁干扰、全光集成等突出优势,为解决上述问题提供了新的思路。所以,开发高性能、低成本、易于使用且通用的光纤传感器具有极大意义。

 

传统光纤力学传感器一般使用光纤拼接微腔、光纤布拉格光栅、悬臂梁等方式进行力学传感。考虑到上述传感单元力学灵敏度的限制,大部分光纤力学传感器的精度大多在微牛到纳牛量级,相较于MEMS、AFM等还有不小的差距。

 

高灵敏力学单元的光纤集成化是其中的一大技术难点。近年来,研究人员提出了3D微结构增强器件灵敏度的新方案,但在3D结构设计及高精度微纳加工两方面还存在明显不足,这极大地限制了光纤传感器在高精度力学探测领域的应用。

 

近日,西湖大学仇旻教授课题组利用微纳弹簧这一力学单元,所制备的光纤力学传感器达到了皮牛精度。此外,团队还展示了该传感器在探测非线性气流力方面的应用。