一种新研发的光纤麦克风展示了在极端环境中，基于光的传感技术如何能够突破传统电子技术的局限。

一组研究人员研制出一种麦克风，其体积之小，可嵌入纯二氧化硅纤维丝中，却能捕捉到远超人类听觉极限的超声波。由于该设备由玻璃而非电子元件制成，因此它能在极端条件下持续工作，包括承受高达1000℃的高温。

将其置于高压变压器内部是一项长期目标，如此一来，它便能在故障引发停电之前，及早察觉故障的蛛丝马迹。

上海大学研究团队成员张小贝表示：“传统电子传感器在热应力作用下常出现故障，或遭受严重信号干扰。而我们研发的全光纤麦克风不仅能在危险环境中稳定工作，还具备完全抗电磁干扰能力，同时仍能敏锐捕捉设备故障的细微预警信号。”

研究人员在光学出版集团期刊《光学快报》上发表文章称，他们研发出一种麦克风，可响应40千赫至1.6兆赫的频率范围。与传统麦克风依赖大型外部外壳不同，整个传感系统直接构建于直径仅125微米的光纤之中。

张先生表示：“我们的全光纤麦克风可直接置于电压互感器内部，实时监测微小的内部电火花，从而预防停电或爆炸事故，保障电力供应安全。这款麦克风具备超凡的耐用性和宽广的听觉范围，使其成为工业检测、医学成像、航空航天发动机监测乃至自然灾害早期预警等领域的理想之选。”

以光探声

在这项研究中，研究人员聚焦于高压变压器内部局部放电的识别工作。所谓局部放电，是指一些微小的电气故障，这些故障能在大规模故障蔓延至整个电网之前，预示出潜在问题的发生。然而，由于设备运行时会产生高温和强电磁干扰，直接在运行设备中捕捉这些信号极具挑战性，这也限制了传统传感器的效能。

为解决这一问题，研究团队开发出一种基于光纤的麦克风，其原理依托于光弹性效应。该效应可使机械形变（如微小振动）改变光纤中传输光线的折射率，从而实现光学声波探测。

该麦克风采用了一种定制传感结构，其内部包含一块振动敏感膜片，以及一根悬置于单模光纤内的玻璃微梁。二者共同构成法布里-珀罗干涉仪，能够精准测量极其微小的振动，包括由放电现象引发的振动。

要在如此纤细的纤维内部构建这种悬浮结构，需采用极为精密的制造方法。研究人员运用了皮秒激光诱导化学蚀刻技术——这项先进工艺能够在固体材料内部深处雕琢出精细的微纳结构。

跨越极限的演绎

张表示：“整个干涉结构直接集成在一根细如发丝的光纤内。这种自封装的一体化设计，使其无需任何额外保护，便能在高温和空间受限的环境中无缝部署。”

研究人员在一座温度高达1000°C的熔炉中对麦克风进行了100分钟的测试，发现其在此期间性能稳定，且持续传输着清晰的信号。他们还展示了该传感器在40千赫至1.6兆赫的超宽频带范围内的声学性能，验证了其在空气和水下环境中探测声音的能力。

展望未来，研究人员计划将声学超材料集成到该设备中，以进一步突破灵敏度的极限。他们还计划采用多激光增材与减材制造平台，将二氧化硅3D打印与超快激光微加工技术相结合，打造出超坚固的全二氧化硅封装结构，从而显著提升麦克风的传感性能和机械性能。这将使麦克风能够安装于实际工业设备（如运行中的电力变压器）内部，并在极端条件下长期稳定运行。

参考文献：廷云·王（Tingyun Wang）、德春·丹（Dechun Dan）、耀文·姚（Yaowen Yao）、健·邵（Jian Shao）、伊·黄（Yi Huang）、宁·陈（Ning Chen）、群·李（Qun Li）、小贝·张（Xiaobei Zhang）与奇·张（Qi Zhang）所著《基于微梁与振膜结构的超宽带全光纤麦克风》，发表于2026年2月8日《光学快报》（Optics Express）。DOI：doi:10.1364/OE.582945