Ein Forschungsteam der Shanghai University hat einen ultradünnen, vollständig faseroptischen Mikrofon entwickelt, der Ultraschallfrequenzen von 40 kHz bis 1,6 MHz erfassen kann. Dieser faseroptische Akustiksensor besteht vollständig aus Siliziumdioxid, hat einen Durchmesser von nur 125 Mikrometern und zeigt Anwendungspotenzial in rauen Umgebungen.
Das Design des faseroptischen Akustiksensors basiert auf dem photoelastischen Effekt, der mechanische Vibrationen in Veränderungen optischer Signale umwandeln kann. Das Forschungsteam integrierte eine vibrationsempfindliche Membran und einen Glas-Mikro-Träger in das Innere einer Singlemode-Faser und bildete so eine Mikro-Fabry-Pérot-Interferometerstruktur. Dieses einzigartige selbstverkapselte Design ermöglicht den Einsatz in Hochtemperatur- oder starken elektromagnetischen Störumgebungen ohne zusätzlichen Schutz. Teammitglied Zhang Xiaobei sagte: „Unser entwickelter vollständig faseroptischer Mikrofon kann unter rauen Bedingungen normal funktionieren, ist völlig immun gegen elektromagnetische Störungen und gleichzeitig empfindlich genug, um subtile Frühwarnsignale von Geräteausfällen zu hören.“
Um die Leistung zu validieren, platzierten die Forscher den Sensor für 100 Minuten in einer Umgebung von 1000 Grad Celsius, wobei die Signalübertragung stabil blieb. Experimente bestätigten auch die breitbandige Schallwellenerfassungsfähigkeit des Geräts in Luft- und Unterwasserumgebungen. Dieser Fortschritt bietet eine neue Lösung für die Zustandsüberwachung im Inneren von Hochspannungselektrogeräten. Zhang Xiaobei fügte hinzu: „Unser vollständig faseroptischer Mikrofon kann direkt im Inneren eines Spannungswandlers platziert werden, um winzige interne elektrische Funken in Echtzeit abzuhören, Stromausfälle oder Explosionen zu verhindern und so die Sicherheit der Stromversorgung zu gewährleisten.“
In Zukunft plant das Forschungsteam, die Empfindlichkeit und mechanische Leistung dieses faseroptischen Akustiksensors durch die Integration von akustischen Metamaterialien und anderen Methoden weiter zu verbessern, um seine praktische Anwendung in Bereichen wie der industriellen Überwachung und der medizinischen Bildgebung voranzutreiben.
Weitere Informationen: Autoren: Dechun Dan et al., Titel: „Ultra-broadband all-fiber microphone based on microbeam and diaphragm structure“, veröffentlicht in: Optics Express (2026). Zeitschrifteninfo: Optics Express
