面向海洋环境监测，海南启动新型光纤传感器研究项目
作者：李正勇 时间：2025-12-17
2025年3月，海南省自然科学基金高层次人才项目“面向海洋大气压强应用的干涉型光纤传感器研究”正式立项。该项目由海南热带海洋学院海洋信息工程学院李正勇博士牵头，项目执行期为2025年3月至2028年2月，获财政资金支持10万元。该研究旨在开发一种适用于海洋复杂环境的高灵敏度、快速响应的温压一体式光纤传感器，为我国海洋立体观测网络提供关键技术支撑。
一、项目背景与意义
海洋覆盖地球表面积的70.8%，是人类赖以生存的重要空间，也是全球气候系统的关键调节器。然而，目前人类对海洋的认知仍不足5%。实时、连续、精准地监测海洋温度、气压等参数，对于研究海洋动力学、气候变化、海洋生态环境保护等具有重要意义。
传统的海洋监测设备多基于电学传感技术，存在体积大、抗电磁干扰能力弱、响应速度慢等问题。光纤传感器具有灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、易于集成和远程传输等优势，逐渐成为海洋传感领域的研究热点。本项目围绕“海洋强国”战略与“十四五”海洋物联网工程建设需求，致力于推动光纤传感技术在海洋环境监测中的创新应用。
二、研究内容与目标
项目聚焦于“反谐振空芯光纤”这一新型微结构光纤，围绕其工作机制、器件制备与传感应用展开系统研究，主要包括：
1.理论研究：分析反谐振空芯光纤的模场、传输损耗、色散等光学特性，明确其作为气室传感元件的物理基础。
2.器件研制：设计并制备基于该光纤的模式干涉仪，攻克单模光纤与反谐振光纤的高质量熔接技术，研究飞秒激光微加工开孔工艺，提升气压传感灵敏度。
3.传感应用：搭建温压一体测试系统，实现海洋环境下温度与气压同步监测，并开展实地环境验证。
项目预期实现以下技术指标：
温度传感：测温范围0–100°C，灵敏度＞5 pm/°C，精度±1%；
气压传感：测压范围0–5 MPa，灵敏度＞2 nm/MPa，精度±2%；
响应时间不超过100 ms。
三、创新亮点
1.超大空气芯增强光物作用：反谐振空芯光纤具有独特的空气孔结构，可作为天然“气室”，显著增强光与待测气体的相互作用，提升传感灵敏度与响应速度。
2.飞秒激光微通道加工：通过飞秒激光在光纤特定位置开设微通道，实现纤芯与外界气压联通，突破传统密封式传感器灵敏度低的瓶颈。
3.温压一体解耦检测：结合光纤光栅与模式干涉仪，实现温度与气压同步测量，有效解决交叉敏感问题，适用于复杂海洋环境。
四、研究基础与团队
项目负责人李正勇博士长期从事光纤传感与飞秒激光微加工技术研究，曾主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金等多项课题，在Optics Letters、Optics Express等国际知名期刊发表SCI论文30余篇，具备扎实的研究积累与实验平台支撑。项目团队还包括梁静坤教授、赵延敏教授等多位在仿真设计、机械加工、传感测试等领域具有丰富经验的科研人员，共同保障项目的顺利实施。
（一审：李正勇 二审：宫淑悦 三审：谢锡銮）
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