關(guān)柏鷗團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表光纖光柵“結(jié)繩記溫”重要研究成果
暨南大學(xué)融媒體中心訊 近日，物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）關(guān)柏鷗團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了光纖光柵“結(jié)繩記溫”，研究成果以“Kovacs-like memory effect mediated fiber Bragg grating: resembling a silica quipu”為題，于2025年7月7日發(fā)表在Nature Communications上。
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光纖光柵作為傳感元件在國(guó)防和民用諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)光纖光柵測(cè)量溫度時(shí)，要求采用解調(diào)裝置實(shí)時(shí)讀取光纖光柵波長(zhǎng)來(lái)獲取溫度信息。然而，在航天、地質(zhì)等一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，難以布置解調(diào)裝置對(duì)光纖光柵波長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取。如果光纖光柵具有溫度“記憶”能力，就能夠“記住”所經(jīng)歷過(guò)的溫度事件，可在事后讀取溫度信息，這將會(huì)極大地拓展其應(yīng)用范圍。
研究團(tuán)隊(duì)采用193 nm準(zhǔn)分子激光結(jié)合相位掩膜法，在石英光纖上刻寫(xiě)類(lèi)Kovacs記憶效應(yīng)光纖光柵（KM-FBG）。該光柵具有獨(dú)特的雙峰譜型，溫度升高時(shí)兩個(gè)峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)并逐漸靠攏融合，溫度回落時(shí)兩個(gè)峰向短波方向移動(dòng)，但其譜型保持不變，永久保留其在最高溫度時(shí)的光譜形狀。類(lèi)似于古人在繩子上打出不同大小和距離的繩結(jié)來(lái)記錄事件，KM-FBG借助“自然之手”進(jìn)行光譜“結(jié)繩”，將所經(jīng)歷的最高溫度記錄下來(lái)。實(shí)驗(yàn)表明，只要不超過(guò)其所經(jīng)歷的最高溫度，即使經(jīng)過(guò)多次熱循環(huán)，KM-FBG仍能穩(wěn)定保持其光譜形狀。
類(lèi)科瓦奇記憶效應(yīng)光纖光柵（KM-FBG）光譜“結(jié)繩”記溫示意圖
研究團(tuán)隊(duì)展示了KM-FBG的功能應(yīng)用。首先是利用KM-FBG進(jìn)行“結(jié)繩”記溫，將KM-FBG陣列鋪設(shè)在具有JNU圖案的加熱板表面，J、N、U三個(gè)區(qū)域分別加熱至300℃、400℃、500℃，冷卻后光柵譜型準(zhǔn)確地記錄了各區(qū)域的最高溫度。接下來(lái)利用KM-FBG進(jìn)行“結(jié)繩”編碼，采用激光加熱方式對(duì)KM-FBG進(jìn)行快速“結(jié)繩”（調(diào)制時(shí)間僅需0.6秒），通過(guò)控制激光功率精準(zhǔn)調(diào)控譜型，未加熱的雙諧振峰光譜（“雙結(jié)”）對(duì)應(yīng)“0”，加熱融合的單諧振峰光譜（“單結(jié)”）對(duì)應(yīng)“1”，實(shí)現(xiàn)了二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼。通過(guò)波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)，可以將多個(gè)不同波長(zhǎng)的KM-FBG串聯(lián)形成陣列，實(shí)現(xiàn)ASCII碼信息（如字母“J”，“N”，“U”）編碼與存儲(chǔ)。
KM-FBG溫度記憶和一維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用演示
KM-FBG這種溫度記憶能力，擺脫了傳統(tǒng)上對(duì)光纖光柵波長(zhǎng)實(shí)時(shí)讀取設(shè)備的依賴(lài)，在工業(yè)、地質(zhì)、航天等需要記錄溫度事件的場(chǎng)景中具有應(yīng)用潛力。此外，光纖光柵的光譜信號(hào)能夠從宏觀(guān)上反應(yīng)玻璃材料受到加熱以及應(yīng)變刺激下復(fù)雜的熱平衡動(dòng)態(tài)過(guò)程，可以為非晶態(tài)玻璃的熱馳豫和相變動(dòng)態(tài)研究提供新的研究視角和表征方法。
該成果由暨南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）獨(dú)立完成，博士生楊翹楚為第一作者，關(guān)柏鷗教授和冉洋教授為共同通訊作者。這項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（62335010）、廣東特支計(jì)劃本土團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2019BT02X105）、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（SL2024A04J00585）等項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61538-y
責(zé)編：陳國(guó)瓊