作者

范旭浩^§、李良晔^§、李宗璟、张植、张泽旭、王星儿、师少玺、高辉、全英汇、孙琪真*、熊伟*

机构

华中科技大学、湖北光谷实验室、香港中文大学、西安电子科技大学

Citaion

Fan X H et al. 2026. Monolithic 3D micro-encapsulation on optical fiber tips via femtosecond laser direct writing. Int. J. Extrem. Manuf. 8 045004.

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DOI: 10.1088/2631-7990/ae4e6f

文章导读

光纤端面的多功能集成因具有高灵敏度、体积小以及抗电磁干扰等优势而受到广泛关注。然而，受外部封装体积庞大和抗干扰能力不足的限制，光纤端面功能传感器在复杂环境下的微型化和长期稳定监测能力仍是一项持续性的挑战。近期，华中科技大学武汉光电国家研究中心熊伟教授团队与光学与电子信息学院孙琪真教授团队合作提出了一种基于飞秒激光直写与化学气相聚合的3D微封装方法，将光纤端面Fabry–Pérot传感器的封装尺寸缩小至百微米级，并显著提升抗流体与机械干扰能力，从而获得稳定的高信噪比传感性能。该成果已发表于《极端制造（英文）》，题为“Monolithic 3D micro-encapsulation on optical fiber tips via femtosecond laser direct writing”。

图文解析

该研究创新提出了一种基于飞秒激光直写（FsLDW）与气相沉积（CVP）的3D微封装策略，在光纤端面直接构建密封Fabry–Pérot微腔，实现传感器封装尺寸从传统厘米级到百微米级的跨越（如图1所示）。通过该方法，光纤端面Fabry–Pérot传感器无需外部机械封装，大幅提升了器件的集成度与结构紧凑性。

图1 光纤端面3D微封装结构示意图：(a) 传统机械外壳封装的厘米级Fabry–Pérot腔体结构示意图；(b) 百微米尺度光纤端面封装结构示意图。该微型传感器由单模光纤、微腔结构、密封环以及Parylene C包覆层组成；(c) 基于FsLDW与CVP的3D微封装加工过程；(d–e) 开放腔体与密闭腔体在传感测试中的信号响应对比，体现封装结构对稳定性的提升。

封装后的光纤FPI传感器在多种复杂环境测试中均表现出优异性能。在光谱稳定性测试中，密封器件能够在水流和液体折射率扰动下保持稳定光谱响应；在声学响应下，器件在24小时声学激励过程中仍可维持稳定输出；在机械振动测试中，器件经过10000次循环后仍保持稳定信号。同时，封装后器件实现了超过一个数量级的光谱稳定性提升，并获得了26.4 dB的长期信号对比度增益。实验数据表明，该策略不仅提升了器件结构强度，显著增强了传感系统在动态环境中的可用性。

总结与展望

本工作通过将飞秒激光直写与气相沉积封装策略相结合，实现了光纤端面三维微结构与密封功能的一体化集成，显著提升了光纤Fabry–Pérot传感器在复杂环境中的稳定性与可靠性。未来，该技术有望进一步向高通量与规模化制造发展，例如通过多焦点并行写入提升加工效率，同时结合新型功能材料与特种气体封装拓展多参数感知能力。此外，随着光子集成与智能制造的发展，该策略可进一步拓展至片上光子器件、微腔与微透镜系统，推动高集成度、智能化光纤传感系统在生物医疗、海洋探测及极端环境监测等领域的应用。

作者与团队简介

范旭浩，博士毕业于华中科技大学武汉光电国家研究中心，现为香港中文大学机械与自动化工程系博士后，主要研究方向为飞秒激光微纳制造及动态光场调控技术。

李良晔，博士毕业于华中科技大学光学与电子信息学院，现为西安电子科技大学信息力学与感知工程学院菁英副教授，主要研究方向为可穿戴及仿生光纤传感技术。

孙琪真，华中科技大学未来技术学院/光学与电子信息学院副院长、教授，美国光学学会会士(Optica Fellow)，主要从事光纤传感技术及应用研究。

熊伟，华中科技大学武汉光电国家研究中心教授、博士生导师，激光科学技术部执行主任，主要从事激光微纳极端制造技术与装备等多学科交叉领域研究。

微纳光电子实验室（MNOL）团队合照

华中科技大学微纳光电子实验室（MNOL）依托武汉光电国家研究中心和湖北光谷实验室，致力于激光微纳极端制造技术与装备的多学科交叉领域研究，在极端激光先进制造技术领域开展了一系列开拓性工作。团队负责人熊伟教授主持科技部重点研发计划项目、湖北省自然科学基金创新群体；在International Journal of Extreme Manufacturing、Nature Nanotechnology、Nature Communications、Science Advances等期刊上发表SCI论文130余篇，授权国内外发明专利50余件，入选科睿唯安全球高被引科学家、斯坦福大学全球前2%顶尖科学家；研究成果先后获国家科学技术进步奖二等奖、第50届日内瓦国际发明展金奖、首届长江经济带高价值专利转化运用大赛金奖、2025年武汉光博会十大“首发首展”代表性成果，获得湖北省五一劳动奖章。

下一代纤上智感研究团队（iF-Lab）合照

华中科技大学下一代纤上智感研究团队(iF-Lab)依托下一代互联网接入系统国家工程研究中心，致力于微纳结构光纤传感技术及应用研究，研究领域包括微纳结构特种光纤与器件、分布式光纤传感技术、全光纤超声换能与成像技术、超快激光精密测量技术，及其在大工程和大健康监测中的应用研究(研究团队网站：http://mnofs.oei.hust.edu.cn/index.htm)。团队负责人孙琪真教授主持国家自然科学基金委青年科学基金(A类和B类)、科技部重点研发专项(首席科学家)、国家自然科学基金区域联合重点项目、科技部仪器专项任务，以及中石油、三江航天、华为和海康等校企合作项目。在International Journal of Extreme Manufacturing、Nature Communications、Light: Science and Applications、Opto-Electronics Advances、PhotoniX、Optica等期刊上发表SCI论文120余篇，授权发明专利50余项；研究成果先后获湖北省技术发明一等奖、中国通信学会技术发明一等奖、中国光学工程学会技术创新一等奖及日内瓦国际发明展金奖等科技奖励8项。

关于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing (《极端制造》），简称IJEM，中国机械工程学会极端制造分会会刊，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。JCR最新影响因子25.1，位列工程/制造学科领域第一。期刊分区表工程技术1区，TOP期刊。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

期刊网址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep

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