基于多模光纤-双孔双芯光纤结构结合时间拉伸技术的超快液压压力传感系统研究

本文推荐一篇创新性光学传感技术研究，作者团队开发了基于MMF-THDCF-MMF（多模光纤-双孔双芯光纤-多模光纤）结构和时间拉伸技术(time-stretch)的超快液压压力测量系统。该系统通过THDCF的空穴辅助结构增强压力敏感性（0.023 ns/MPa）并放大模态干涉效应，结合飞秒光纤激光器实现82.91 MHz采样率，为深海高压环境动态监测提供了高精度实时解决方案。

　　

研究亮点

本研究创新性地将多模光纤(MMF)与双孔双芯光纤(THDCF)级联结构结合时间拉伸技术(time-stretch)，实现了超快液压压力传感。THDCF凭借其独特的空穴辅助结构，不仅将压力灵敏度提升至0.023 ns/MPa，还显著增强了多模干涉效应。系统采用飞秒保偏光纤激光器，通过自相似放大(self-similar amplification)原理实现光谱-时域映射，最终达成82.91 MHz的超高采样速率，为深海机器人液压系统等高压动态环境提供了"光学秒表"级监测方案。

实验方法

传感单元由MMF(YOFC SI2014-P)与THDCF(YOEC CM0001401A0B)级联构成（长度分别为L₁和L₂）。相较于单孔光纤，THDCF在保持相近动态应力响应的同时，具备更优的商业化成熟度。实验采用飞秒激光器产生宽带平顶光谱，经传感结构调制后，通过色散光纤实现时域拉伸，最终由高速示波器捕获时域波形。

关键发现

• 光谱调制特征：传感结构将原始光谱调制为周期性干涉条纹（对比度>15dB）

• 动态响应：压力变化导致特征峰时移，线性响应达0.023 ns/MPa

• 速度突破：系统实现82.91 MHz实时采样，比传统压电传感器快3个数量级

结论启示

该研究证实MMF-THDCF-MMF结构结合时间拉伸技术能突破传统液压传感的速度极限，其"光谱-时域指纹"解码策略为极端环境下的超快物理量监测提供了新范式，未来可拓展至深海生物机械运动监测等生命科学领域。