科学家们提出了一种全新的光纤传感读取方式，通过直接分析光电探测器输出信号的电谱中出现的干涉图样，实现对应变和位移的检测。该方案采用基于聚合物光纤的单模–多模–单模（SMS）结构，多模传播产生的相对模延迟在电频域中表现为可观测的干涉凹陷。相关成果发表于 2026 年 4 月 27 日的《IEEE Sensors Journal》。

横滨国立大学副教授、水野洋介（通讯作者）表示：“这项工作的关键在于，干涉图样直接呈现在电域中。这样我们就能以全新的方式读取光纤传感器信号，不再依赖传统的光谱分析，同时仍可充分利用聚合物光纤丰富的模态特性。”

传统光学传感的限制

光纤传感器广泛用于测量应变、温度、位移等多种物理量。其中，基于 SMS 结构的多模干涉传感器因结构简单、成本较低而受到关注。但在传统方案中，通常需要借助光谱分析仪监测光传输谱的变化，这不仅提高了系统成本，也在一定程度上限制了测量速度和系统集成度。

电域读取的基本原理

新方法采用了不同于传统光谱读取的思路。研究人员将光注入聚合物光纤 SMS 结构，通过光电探测器接收输出光，并对得到的电信号进行频谱分析。当使用中心波长约为 1070 纳米的光源时，电谱中会出现明显的干涉凹陷。相反，当改用 1550 纳米激光重复实验时，这些凹陷不再出现。该对比结果表明，观测到的干涉凹陷源于多模传播以及在光电探测过程中产生的模态拍频效应。

应变与位移传感实验

在应变测试中，研究团队对一段长度为 57 厘米的聚合物光纤施加轴向应变，结果显示电谱中的干涉凹陷会发生明显且可逆的频移。随后，研究人员将这一原理拓展到位移测量：在两段硅光纤之间引入可调空气间隙，通过改变间隙长度来观察电干涉凹陷的位置变化。在较大空气间隙条件下，系统对位移的灵敏度约为 3.7 MHz/微米。

水野副教授指出：“我们认为，这种基于电域读取的方式有望让多模干涉光纤传感器更适合用于快速、紧凑的测量系统。下一步，我们将进一步厘清主导模态的贡献，优化光纤结构与光源参数，并系统评估其温度响应特性。”

本研究团队成员还包括横滨国立大学工学院的高野亮，以及智利费德里科·圣玛丽亚技术大学电子工程系的马塞洛·A·索托教授。