一根细如发丝的光纤，不仅能传输光信号，还能同时感知振动、压力、温度、应变四种物理量？华中科技大学机械科学与工程学院先进电子制造研究中心黄永安团队研发的柔性多模态“电-光转换”光纤传感器，为柔性电子、航空航天传感领域打开了新思路。
该研究攻克超细异形基底高精度电路制造难题，破解多模态信号耦合干扰瓶颈，优化光耦合结构实现低损耗信号注入。同时解决长距离传输中多模态信号高保真、抗干扰传输与波长复用解调难题，成功实现单根光纤对多物理量同步独立解耦感知。
用于多模态物理信号感测与传输的 ESOT FiSensor 架构
研究团队从萤火虫发光传信号的自然现象中获得灵感，提出全新策略。其工作原理特别好理解：外部振动、压力、温度、应变等刺激，先被电学传感单元捕捉并生成电信号；然后借助光纤表面特殊电路直接把电信号转换成选定波长的光信号；最后光信号耦合进入光纤，实现无电磁干扰、低损耗的长距离传输，再通过光谱仪精准读取并解码出不同物理量信息，单根光纤就能同步监测四种信号，互不干扰。
ESOT FiSensor中的电学传感与光学传输原理、传输模式及损耗仿真
团队系统揭示ESOT FiSensor的电学传感与电光转换核心过程，分别建立电压型与电阻型信号转换电路，实现物理刺激到电信号、再到光信号的高效、稳定转换。同时，团队设计双段式复合光纤结构，通过纳米粒子薄膜光学性能表征、光场传输仿真、电场模分布以及限制损耗规律研究，完成面向长距离传输的低损耗结构优化设计，为器件高性能感知与远距离传输提供了理论与实验基础。
基于ESOTFiSensor的多模态传感验证
依托传感原理与集成制造方法，团队成功实现了振动、压力、温度、应变四种物理量的同步解耦感知，采用波分复用机制对多通道信号进行编码与区分，将不同物理量分别对应至独立特征波长，在单根光纤内实现多信号传输与解调。测试结果表明，传感器具备良好线性响应、高灵敏度与优异循环稳定性，在多次弯曲、压缩等机械疲劳测试后仍保持性能稳定，器件之间一致性较高，充分验证了ESOT FiSensor多模态、自解耦、高可靠的感知能力。
ESOTFiSensor在不同应用场景中的功能演示
目前，这款传感器已在多个高端场景展现应用潜力：安装在飞行器蒙皮上，可实时监测机身分布式温度场；做成柔性传感阵列，能精准识别10种手势并驱动机械臂动作；搭载在模型车上，可同步监测行驶中的振动与温度变化。未来，它还能拓展到海洋监测、无人系统、智能可穿戴设备等领域，应用前景十分广阔。
总之，其核心优势在于将电传感的灵敏性与光传输的长距离、抗干扰特性相结合，并通过高精度打印技术在超细光纤上实现共形集成。这项成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），华中科技大学博士生王洪扬为论文第一作者，黄永安教授、叶冬副教授为共同通讯作者。华中科技大学机械科学与工程学院卢文龙教授、光学与电子信息学院孙琪真教授、中国航空工业第一飞机设计研究院李巍等团队参与该项研究。