瑞典皇家理工學院（KTH）與英國南安普頓大學團隊近日成功拉制出純玻璃材質(zhì)的扁平帶狀光纖（HARFF），其物理形變靈敏度較傳統(tǒng)圓柱光纖提升約千倍。單根預制棒拉絲長度已突破120米，該成果為高精度力學與溫度復合測量提供了新型硬件載體。

傳統(tǒng)光纖傳感主要依賴纖芯折射率變化，而此次研發(fā)的扁平光纖徹底重構(gòu)了內(nèi)部光路布局?？蒲腥藛T將預制棒初始截面直接設(shè)計為長寬比Zui高達20:1的扁平帶狀結(jié)構(gòu)，使內(nèi)部微通道、空氣隙與波導的排布成為獨立變量。工程師可精準控制玻璃基底的彎曲區(qū)域與抗形變節(jié)點。在壓力傳感模塊中，兩根細長空氣通道在受壓時產(chǎn)生非對稱應力，導致玻璃雙折射率發(fā)生偏移。配合兩端刻寫的相同光纖布拉格光柵（FBG）構(gòu)成光學諧振腔，干涉條紋位移量與施加壓力呈嚴格線性對應。

實測數(shù)據(jù)顯示，當外部壓力達到0.40兆帕時，該扁平光纖的靈敏度穩(wěn)定在31.6弧度/兆帕，遠超同類圓柱光纖水平。更關(guān)鍵的是，其對溫度變化的交叉敏感度被控制在壓力讀數(shù)的1%以內(nèi)，有效解決了多參量耦合干擾的行業(yè)痛點。為實現(xiàn)獨立測溫功能，研發(fā)團隊將內(nèi)部微通道灌注了低熔點錫合金，其熱膨脹系數(shù)是石英玻璃的46倍。受熱后合金膨脹對玻璃壁產(chǎn)生強烈機械應力，再次觸發(fā)雙折射指數(shù)變化。目前實驗室樣品的傳輸損耗約為每米0.16分貝，仍處于工程化驗證階段。

從產(chǎn)業(yè)背景來看，北歐與西歐在特種光纖與集成光子領(lǐng)域長期保持技術(shù)領(lǐng)先，其優(yōu)勢源于成熟的精密拉絲設(shè)備供應鏈與嚴格的計量校準體系。瑞典皇家理工學院與英國南安普頓大學的合作延續(xù)了歐洲在高端傳感器基礎(chǔ)材料上的研發(fā)傳統(tǒng)。盡管當前HARFF光纖尚未實現(xiàn)量產(chǎn)，但超過百米的連續(xù)拉絲記錄證明其工藝窗口具備可重復性。下一步的核心攻關(guān)方向在于形狀控制精度優(yōu)化與傳輸損耗進一步壓低，以匹配工業(yè)現(xiàn)場對信號衰減的容忍閾值。

對于國內(nèi)光電傳感器制造商、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程商及航空航天配套企業(yè)而言，該技術(shù)路線提供了明確的選型參考。扁平構(gòu)型的高表面積體積比使其更易貼合曲面安裝，未來計劃嵌入無人機機翼、大型橋梁鋼結(jié)構(gòu)、重型工業(yè)設(shè)備及動力電池包內(nèi)，均指向輕量化與高集成度的裝配需求。在實際采購或技術(shù)預研階段，需重點關(guān)注后續(xù)量產(chǎn)版本的損耗指標是否降至0.1分貝/米以下，以及FBG解調(diào)儀器的接口兼容性。此外，錫合金填充帶來的長期熱循環(huán)穩(wěn)定性與封裝密封工藝，將是決定其能否替代傳統(tǒng)應變片的關(guān)鍵瓶頸。

從制造工藝維度觀察，20:1的極高長寬比對傳統(tǒng)熔融拉絲爐的溫度場均勻性提出了嚴苛要求。常規(guī)圓形預制棒在拉伸過程中依靠表面張力自動收口，而扁平結(jié)構(gòu)極易在冷卻階段發(fā)生截面畸變或邊緣破裂。研發(fā)團隊通過獨立調(diào)控內(nèi)部空氣通道的抽真空速率與外壁冷卻風嘴角度，實現(xiàn)了應力場的主動平衡。這一工藝突破意味著國內(nèi)光纖預制棒加工企業(yè)若跟進類似產(chǎn)品線，需升級多軸聯(lián)動拉絲塔與原位光學監(jiān)測系統(tǒng)，普通單軸設(shè)備難以維持幾何精度。

針對國內(nèi)系統(tǒng)集成商的實際部署場景，該扁平光纖的接入方式與傳統(tǒng)熔接工藝存在差異。由于截面呈帶狀且內(nèi)含金屬填充物，標準光纖切割刀與熔接機參數(shù)需重新適配，否則易造成端面污染或氣泡殘留。建議工程商在前期導入階段采用機械式V型槽夾具進行臨時固定，待損耗曲線穩(wěn)定后再過渡到自動化熔接流程。同時，動力電池包內(nèi)的電磁干擾環(huán)境要求傳感器具備本征安全特性，純玻璃材質(zhì)與無源光路設(shè)計恰好滿足防爆認證的基礎(chǔ)門檻，這為新能源儲能溫控系統(tǒng)的國產(chǎn)化替代提供了新路徑。

工程化落地核對項

• 確認供應商提供的損耗測試報告是否包含不同彎曲半徑下的附加損耗數(shù)據(jù)，扁平光纖在復雜走線中易產(chǎn)生微彎衰減。
• 核查溫度補償算法是否支持雙通道差分解算，交叉敏感度低于1%的前提需配套專用光譜儀進行實時標定。
• 評估目標應用場景的振動頻率范圍，該材料對靜態(tài)及低頻動態(tài)壓力的響應，高頻沖擊工況需額外加裝阻尼緩沖層。