封面 | 深耕微孔光纤传感：解锁多参量检测的无限可能

研究背景

随着工业监测、医疗诊断和环境科学等领域对检测参量种类与测量精度要求的不断提高，单参量光纤传感器已难以满足实际应用需求。多参量传感技术能够在单一传感单元或集成系统中同时监测多个物理、化学或生物参数，具有更高的系统集成度和信息获取效率。微孔光纤（Microhole optical fibers, MHOFs）作为一类典型的微结构光纤，凭借其天然微流通道、强倏逝场、灵活的后处理能力及化学修饰兼容性，成为多参量传感器的理想研究平台。

得益于灵活的结构与出色的光学特性，微孔光纤被广泛用于多参量传感器研究并取得诸多进展。哈尔滨工程大学关春颖教授团队对近年来微孔光纤在多参量传感器领域的研究进展进行了综述，相关工作发表在Chinese Optics Letters  2026年24卷第3期上Junhui Yang, Yuhan Zhang, Pei An, Wensi Tang, Shan Gao, Jing Yang, Chunying Guan, "Review of microhole optical fiber sensors for multi-parameter detection [Invited]," Chin. Opt. Lett. 24, 030009 (2026)，并被选为当期封面。

微孔光纤的分类和传输原理

根据纤芯形态，MHOFs可以分为两大类：实芯MHOFs和空芯MHOFs。这两种类型的光纤具有不同的导光机制，结构可调性和传感兼容性，这决定了它们在特定场景中的应用潜力和优势。

实心MHOFs由实心纤芯和周期性或非周期性排列的空气孔包层构成。其导光机制基于全内反射原理，包层中的空气孔显著降低了包层的有效折射率，从而增大纤芯与包层之间的折射率差，增强纤芯对光场的束缚能力。此类光纤易于实现表面等离子体共振、损耗模共振及各种类型的光干涉等多种传感机制，适用于液体、气体及生化介质中的多参数检测。典型结构包括实心光子晶体光纤、孔助光纤、四孔非对称结构光纤等。

空心MHOFs具有中心空气纤芯，包层由高折射率介质或按特定形式排列的空气孔构成，导光机制通常为光子带隙或反谐振效应。其光学性能取决于空气芯直径、空气孔分布及介质折射率等关键参数。该类光纤通常以反谐振或干涉仪结构形式工作，可形成法布里-珀罗腔并填充功能材料，具有较强的光-物质相互作用和快速响应特性，特别适用于磁场、气体压力等参数的检测。典型结构包括空芯光子带隙光纤、反谐振光纤、悬挂环芯光子晶体光纤等。

图1 微孔光纤传感器应用领域

微孔光纤结构灵活，可以较为容易地在一根光纤中产生不同光学效应，从而实现多参量测量。如图2（a）所示，在两段单模光纤中间熔接一段空心布拉格光纤，可以同时产生法布里-珀罗干涉与反谐振效应，可以同时对应变和温度进行测量。孔助双芯光纤（如图2（b））被用于实现一种折射率、温度双参量传感器。一方面，中心纤芯与金膜产生表面等离子体共振；另一方面，中心纤芯与空气孔中悬挂纤芯在特定波段发生共振耦合。通过检测两种效应的光谱特征能够实现折射率与温度同时测量。

图2 典型的微孔光纤多参量传感器，(a) 空心Bragg光纤应变温度传感器，(b) 孔助双芯光纤折射率温度传感器

总结与展望

本文综述了近年来微孔光纤在多参量传感器领域的研究进展。在简述微孔光纤导光机理的基础上，重点聚焦微孔光纤在结构监测、磁场测量、流体测量和气体分析等领域的多参量传感机制与应用情况，并展望了微孔光纤在多参量传感方向的发展趋势与应用前景。微孔光纤的空气孔结构不仅能增强光场与外部环境的相互作用，还为各种敏感材料的集成提供了通道，是高性能光纤多参量传感器研究的理想平台。未来，功能材料创新、传感器结构优化以及人工智能辅助光谱处理三个方向将成为微孔光纤多参量传感器的研究重点。

作者简介 

关春颖，教授，“纤维集成光学”教育部重点实验室副主任，中国光学学会纤维光学与集成光学委员会委员。长期从事特种光纤器件及传感应用研究，先后主持国家自然科学基金重点、重大研究计划等项目20余项。获得黑龙江省科学技术奖一等奖和二等奖各1项，累计在Nature Communications、Laser & Photonics Reviews、Applied Physics Letters 等期刊发表SCI检索论文130余篇，获得授权发明专利62项。

杨菁，副教授，主要从事特种光纤设计与器件、光纤传感器、飞秒激光微加工等方面研究。先后主持国家自然科学基金、科技委技术领域基金、黑龙江省自然科学基金等项目多项，以第一或通讯作者在Optics Letters、Optics Express、Journal of Lightwave Technology 等期刊发表SCI检索论文27篇，获发明专利授权10余项。

杨峻珲，哈尔滨工程大学在读博士研究生，主要研究方向为微孔光纤化学与生物传感器，作为学生参与多项国家级项目，发表期刊论文3篇。