瑞典英国高校研制出高灵敏扁平玻璃光纤

瑞典皇家理工学院（KTH）与英国南安普顿大学团队近日成功拉制出纯玻璃材质的扁平带状光纤（HARFF），其物理形变灵敏度较传统圆柱光纤提升约千倍。单根预制棒拉丝长度已突破120米，该成果为高精度力学与温度复合测量提供了新型硬件载体。

传统光纤传感主要依赖纤芯折射率变化，而此次研发的扁平光纤彻底重构了内部光路布局。科研人员将预制棒初始截面直接设计为长宽比Zui高达20:1的扁平带状结构，使内部微通道、空气隙与波导的排布成为独立变量。工程师可精准控制玻璃基底的弯曲区域与抗形变节点。在压力传感模块中，两根细长空气通道在受压时产生非对称应力，导致玻璃双折射率发生偏移。配合两端刻写的相同光纤布拉格光栅（FBG）构成光学谐振腔，干涉条纹位移量与施加压力呈严格线性对应。

实测数据显示，当外部压力达到0.40兆帕时，该扁平光纤的灵敏度稳定在31.6弧度/兆帕，远超同类圆柱光纤水平。更关键的是，其对温度变化的交叉敏感度被控制在压力读数的1%以内，有效解决了多参量耦合干扰的行业痛点。为实现独立测温功能，研发团队将内部微通道灌注了低熔点锡合金，其热膨胀系数是石英玻璃的46倍。受热后合金膨胀对玻璃壁产生强烈机械应力，再次触发双折射指数变化。目前实验室样品的传输损耗约为每米0.16分贝，仍处于工程化验证阶段。

从产业背景来看，北欧与西欧在特种光纤与集成光子领域长期保持技术领先，其优势源于成熟的精密拉丝设备供应链与严格的计量校准体系。瑞典皇家理工学院与英国南安普顿大学的合作延续了欧洲在高端传感器基础材料上的研发传统。尽管当前HARFF光纤尚未实现量产，但超过百米的连续拉丝记录证明其工艺窗口具备可重复性。下一步的核心攻关方向在于形状控制精度优化与传输损耗进一步压低，以匹配工业现场对信号衰减的容忍阈值。

对于国内光电传感器制造商、结构健康监测工程商及航空航天配套企业而言，该技术路线提供了明确的选型参考。扁平构型的高表面积体积比使其更易贴合曲面安装，未来计划嵌入无人机机翼、大型桥梁钢结构、重型工业设备及动力电池包内，均指向轻量化与高集成度的装配需求。在实际采购或技术预研阶段，需重点关注后续量产版本的损耗指标是否降至0.1分贝/米以下，以及FBG解调仪器的接口兼容性。此外，锡合金填充带来的长期热循环稳定性与封装密封工艺，将是决定其能否替代传统应变片的关键瓶颈。

从制造工艺维度观察，20:1的极高长宽比对传统熔融拉丝炉的温度场均匀性提出了严苛要求。常规圆形预制棒在拉伸过程中依靠表面张力自动收口，而扁平结构极易在冷却阶段发生截面畸变或边缘破裂。研发团队通过独立调控内部空气通道的抽真空速率与外壁冷却风嘴角度，实现了应力场的主动平衡。这一工艺突破意味着国内光纤预制棒加工企业若跟进类似产品线，需升级多轴联动拉丝塔与原位光学监测系统，普通单轴设备难以维持几何精度。

针对国内系统集成商的实际部署场景，该扁平光纤的接入方式与传统熔接工艺存在差异。由于截面呈带状且内含金属填充物，标准光纤切割刀与熔接机参数需重新适配，否则易造成端面污染或气泡残留。建议工程商在前期导入阶段采用机械式V型槽夹具进行临时固定，待损耗曲线稳定后再过渡到自动化熔接流程。同时，动力电池包内的电磁干扰环境要求传感器具备本征安全特性，纯玻璃材质与无源光路设计恰好满足防爆认证的基础门槛，这为新能源储能温控系统的国产化替代提供了新路径。

工程化落地核对项

• 确认供应商提供的损耗测试报告是否包含不同弯曲半径下的附加损耗数据，扁平光纤在复杂走线中易产生微弯衰减。
• 核查温度补偿算法是否支持双通道差分解算，交叉敏感度低于1%的前提需配套专用光谱仪进行实时标定。
• 评估目标应用场景的振动频率范围，该材料对静态及低频动态压力的响应，高频冲击工况需额外加装阻尼缓冲层。