新研究实现光纤光栅“结绳记温”

　　近日，暨南大学物理与光电工程学院（理工学院）教授关柏鸥团队在国家自然科学基金等项目的资助下，研究实现了光纤光栅“结绳记温”。相关成果发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。

类科瓦奇记忆效应光纤光栅（KM-FBG）光谱“结绳”记温示意图。研究团队供图，下同

　　光纤光栅作为传感元件在国防和民用诸多领域得到了广泛应用。传统光纤光栅测量温度时，要求采用解调装置实时读取光纤光栅波长来获取温度信息。然而，在航天、地质等一些特殊应用场合，难以布置解调装置对光纤光栅波长进行实时读取。如果光纤光栅具有温度“记忆”能力，就能够“记住”所经历过的温度事件，可在事后读取温度信息，这将会极大地拓展其应用范围。

　　研究团队采用193 nm准分子激光结合相位掩膜法，在石英光纤上刻写类科瓦奇记忆效应光纤光栅（KM-FBG）。该光栅具有独特的双峰谱型，温度升高时两个峰向长波方向移动并逐渐靠拢融合，温度回落时两个峰向短波方向移动，但其谱型保持不变，永久保留其在最高温度时的光谱形状。类似于古人在绳子上打出不同大小和距离的绳结来记录事件，KM-FBG借助“自然之手”进行光谱“结绳”，将所经历的最高温度记录下来。实验表明，只要不超过其所经历的最高温度，即使经过多次热循环，KM-FBG仍能稳定保持其光谱形状。

KM-FBG温度记忆和一维数据存储应用演示。

　　研究团队展示了KM-FBG的功能应用。首先是利用KM-FBG进行“结绳”记温，将KM-FBG阵列铺设在具有JNU图案的加热板表面，J、N、U三个区域分别加热至300℃、400℃、500℃，冷却后光栅谱型准确地记录了各区域的最高温度。接下来利用KM-FBG进行“结绳”编码，采用激光加热方式对KM-FBG进行快速“结绳”（调制时间仅需0.6秒），通过控制激光功率精准调控谱型，未加热的双谐振峰光谱（“双结”）对应“0”，加热融合的单谐振峰光谱（“单结”）对应“1”，实现了二进制数据编码。通过波长复用技术，可以将多个不同波长的KM-FBG串联形成阵列，实现ASCII码信息（如字母“J”，“N”，“U”）编码与存储。

　　论文共同通讯作者、暨南大学物理与光电工程学院（理工学院）教授冉洋表示，KM-FBG这种温度记忆能力，摆脱了传统上对光纤光栅波长实时读取设备的依赖，在工业、地质、航天等需要记录温度事件的场景中具有应用潜力。此外，光纤光栅的光谱信号能够从宏观上反应玻璃材料受到加热以及应变刺激下复杂的热平衡动态过程，可以为非晶态玻璃的热驰豫和相变动态研究提供新的研究视角和表征方法。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61538-y