近日，我校物理与电子科学学院江超教授在光纤磁场传感器领域连续取得重要进展，研究成果分别发表在Optics Letters，Measurement和IEEE Sensors Journal上。其中，Optics Letters是美国光学学会(OSA)旗下重要TOP期刊，主要发表光学领域的高水平前沿学术成果，是国际光学界广泛认可的期刊。Measurement是Elsevier旗下仪器仪表领域重要TOP期刊，主要发表测量与传感领域的高水平前沿学术成果。IEEE Sensors Journal是IEEE旗下传感器知名期刊。上述研究成果得到了国家自然科学基金和湖北省自然科学基金的资助，并获得微纳光电子器件与集成湖北省工程研究中心、光电转换材料与器件湖北省重点实验室等科研平台支持。
成果一：提出了一种结构稳定、灵敏度高的光纤磁场传感器。使用水浴法在锥形少模光纤表面制备一层Fe2O3纳米棒，形成一个Mach-Zehnder干涉仪。实验发现少模光纤表面生长的纳米结构特别稳定和牢固，在外部磁场作用下Fe2O3纳米棒的磁导率发生变化，导致其折射率发生变化，从而导致MZI的共振波长发生线性偏移。实验结果显示在10 mT～80 mT范围内传感器的磁场灵敏度达到 -0.5348 nm/mT。研究成果2023年12月发表在Optics Letters上，我校2022级硕士研究生李丽为论文第一作者，江超教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：李丽, 江超*, 韩园园, 胡传菊, 邓龙凤, 高嘉伟, 蒋文博, 陈福林, 谭海东, 温建, 李宏. Highly sensitive magnetic field sensor based on Fe2O3 nanorods grown on the surface of tapered few mode fiber. Optics Letters, vol. 48, no. 23, December 2023, 6240-6243. 论文链接：https://doi.org/10.1364/OL.506207.
成果二：提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）和磁致伸缩材料Terfenol-D的超灵敏光纤磁场传感器。将锥形两模光纤插入空心光纤中制成一个低精细度的FPI1。由于应变有效作用长度增加，FPI1对轴向应变特别敏感。将磁致伸缩材料Terfenol-D与FPI1粘贴在一起。在磁场作用下Terfenol-D具有优异的拉伸性能，导致粘附在Terfenol-D上的FPI1对磁场具有高灵敏度。实验发现在9.7 mT～92.4 mT大磁场范围内FPI1的磁场灵敏度达到1.67 nm/mT。为了进一步提高FPI1的磁场灵敏度，将对磁场不敏感的空气腔FPI2与FPI1并联，形成游标效应，进一步放大FPI1的磁场灵敏度。实验发现在13.1 mT～21.9 mT范围内，传感器的磁场灵敏度被放大到36.43 nm/mT，是单个FPI1的21.8倍，这是目前已知的最高磁场灵敏度。该传感器还具有良好的重复性和稳定性，以及低的温度串扰。
该研究成果2023年12月发表在IEEE Sensors Journal上，我校2022级硕士研究生邓龙凤为论文第一作者，江超教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：邓龙凤, 江超*, 高嘉伟, 胡传菊, 李丽, 曹庭水, 李宏, 孙四梅, 黄会玲. Ultrasensitive Magnetic Field Sensor Based on Fabry–Perot Interferometer and Magnetostrictive Material. IEEE Sensors Journal, vol. 23, no. 24, 15 December 2023, 30444-30450.
论文链接：https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3328861.
成果三：利用两个Fabry-Perot干涉仪（FPI）级联和谐波游标效应设计了一款高灵敏度光纤应变和磁场传感器。两个级联的FPI包括一个本征FPI1和一个非本征FPI2。FPI1是通过飞秒激光在单模光纤芯上烧蚀的反射面与光纤端面形成的。然后，FPI1和另一根单模光纤从两侧插入石英毛细管中形成FPI2。通过调整FPI2的腔长，使FPI1和FPI2级联形成谐波游标效应传感器。由于FPI1是悬臂梁结构，它不受轴向应变的影响。轴向应变作用在较长的毛细管上，导致应变的有效长度得到延伸，传感器的应变灵敏度得到放大。由于FPI1和FPI2被紧凑地级联在一起，该应变传感器具有非常小的尺寸。实验得到传感器的应变灵敏度为260.05 pm/με。由于具有极高的轴向应变灵敏度，将传感器粘贴在磁致伸缩材料Terfenol-D上，获得磁场灵敏度达到6.82 nm/mT，能够检测到的最小磁场强度为0.1 mT，温度串扰仅为0.3 mT/°C。
该研究成果2024年6月发表在Measurement上，我校青年教师曹庭水为论文第一作者，江超教授为通讯作者，湖北师范大学为唯一通讯作者单位。
论文信息：曹庭水, 江超*, 郭小珊, 张珑, 黄会玲, 刘昌宁, 孙四梅. Ultra-sensitive axial strain and magnetic field sensor based on three reflection surface interference and harmonic vernier effect. Measurement, 237 (2024), 115172. June 2024.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.115172.
成果四：提出了一种填充铁磁流体的光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）磁场传感器。传感器是通过嵌入一个充满铁流体的短毛细管来构建的，拼接结构为“SMF-MMF-毛细管-MMF-SMF”，实验证明该器件具有极高的折射率（RI）灵敏度。当传感器放置在外部磁场中时，铁磁流体RI的变化导致干涉仪的透射光谱飘移。实验结果表明传感器在纵向和垂直方向上分别灵敏度分别为8.9657 nm/mT和4.2642 nm/mT，磁场测量范围分别为0–1.5 mT和0.8–2.2 mT。此外，传感器表现出极低的温度串扰。该传感器具有操作稳定、尺寸紧凑、坚固耐用等优点，适合测量微弱磁场。
该研究成果2024年3月以“High sensitivity and low temperature cross-talk magnetic field sensor with ferrofluid-filled in-fiber Mach-Zehnder interferometer”发表在Measurement 230 (2024) 114516上，论文由江超教授和中国计量大学徐贲博士合作完成，徐贲博士和江超教授为共同通讯作者，湖北师范大学为通讯单位之一。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114516.
