基于SMEDS结构蚀刻与PDMS热凝胶膜涂覆的光纤温度传感器研究

为解决传统光纤温度传感器灵敏度不足、结构脆弱等问题，研究人员设计了一种基于单模-多模-蚀刻色散补偿-单模光纤（SMEDS）结构并涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS）热凝胶膜的新型传感器。实验表明，该传感器在25–95°C范围内灵敏度达0.113 nm/°C，较未涂层结构提升2.9倍，兼具高可靠性和微型化优势，为工业监测与生化传感提供了创新解决方案。

　　

温度测量在工业生产和科学研究中扮演着关键角色，但传统传感器在强电磁干扰或狭小空间等极端环境下表现不佳。光纤传感器凭借抗干扰、微型化和高灵敏度等优势成为研究热点，然而现有技术仍面临温度灵敏度不足、结构易损等挑战。尤其在高精度工业设备监测和生化反应实时追踪中，亟需一种兼具高稳定性和灵敏度的新型温度传感方案。

河南高校的研究团队在《Optical Fiber Technology》发表论文，提出了一种基于SMEDS（单模-多模-蚀刻色散补偿-单模）光纤结构和PDMS（聚二甲基硅氧烷）热凝胶涂层的新型温度传感器。通过氢氟酸蚀刻色散补偿光纤（DCF）形成倏逝场增强区，并涂覆PDMS热凝胶膜，显著提升温度响应特性。实验证实该传感器灵敏度达0.113 nm/°C，较未涂层结构提升2.97倍，且具备优异的机械稳定性。

研究采用三项关键技术：1）SMEDS光纤结构的熔接与氢氟酸蚀刻工艺；2）PDMS热凝胶膜的旋涂封装技术；3）基于半导体光放大器（SOA）和光谱分析仪（OSA）的温度响应测试系统。实验样本采用标准石英基片固定，在恒温循环控制箱（25–95°C）中进行性能验证。

传感结构与制备
通过熔接单模光纤（SMF）、多模光纤（MMF）和色散补偿光纤（DCF）构建SMEDS结构，其中DCF经氢氟酸蚀刻后形成锥形倏逝场增强区。光学显微镜显示MMF-DCF熔接点损耗仅0.28 dB，PDMS涂层厚度通过旋涂速度精确控制在120 μm。

温度实验与讨论
光谱分析表明，PDMS的热光系数和膨胀系数协同作用，使传感器在升温时呈现线性波长漂移（R²
=0.997）。稳定性测试中波长波动标准差仅0.015 nm，证实结构可靠性。对比实验显示，PDMS涂层使灵敏度从38 pm/°C提升至113 pm/°C。

结论
该研究创新性地将SMEDS结构与PDMS热凝胶膜结合，解决了传统传感器灵敏度与耐久性难以兼顾的难题。PDMS不仅作为功能材料增强温度响应，还作为保护层提升蚀刻结构的机械强度。传感器的小型化设计（总长度<3 cm）和0.02 nm分辨率，使其在工业设备内部健康监测和生化微环境检测中具有显著应用价值。研究获得国家自然科学基金（62075057）等支持，为发展高性能光纤传感技术提供了新思路。