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光线代替电线，话筒不再“嗞啦”：“免疫”电磁干扰的超灵敏声压传感器
我们或许都很熟悉这样的场景：当你参加一个会议时，主持人或前排听众的手机突然来了电话，这时话筒中立刻传来了啸叫或阵阵“嗞啦嗞啦”的杂音。这是因为传统的电学传声器很容易受到环境中电磁信号的干扰。当手机收到来电时，相应的电磁信号也被话筒中的传声器所探测。那么，能否研发一种不受电磁波干扰的器件来解决上述问题呢？
（图片来源于网络）
法布里-珀罗（F-P）微型光纤传感器就是这样一种新型的声压探测器。与目前应用非常广泛的电学传感器相比，由于F-P光纤传感器利用光学信号进行压力探测，敏感单元无需电子电路，因此具备了“免疫”电磁干扰的重要优势 。F-P微型光纤传感器的潜在应用范围绝不仅限于开篇所提到的话筒等小型电子设备，在工业实践中也具有广阔的应用前景。例如，在雷雨天气下进行生产作业时，传统的电学传感器会受到雷暴带来的电磁信号干扰，甚至传感元件本身可能会遭到雷电破坏；在矿井等存在易燃易爆气体的环境中，为保证安全通常为电磁屏蔽状态，在此类环境中的通讯和救援探测也将面临巨大挑战。诸如此类的复杂电磁环境下，F-P光纤传感器将会发挥出巨大的优势。
典型的非本征 F-P光纤传感器的敏感元件为贴附于F-P微腔一端的薄膜。该薄膜在压力载荷作用下会发生形变导致腔长变化，从而引起光学干涉信号发生改变，通过解算该输出光信号可获取压力载荷。因此，高灵敏度F-P光纤传感器的敏感膜片应具有厚度较薄，强度、韧性和弹性较好的特点。但传统的机械减薄工艺受加工精度限制，制得的薄膜（例如二氧化硅薄膜、金属薄膜等）极大的限制了F-P光纤传感器灵敏度的提升。
近期，清华大学材料学院吕瑞涛课题组（点击查看介绍）、北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院李成课题组（点击查看介绍）和美国宾夕法尼亚州立大学物理系Mauricio Terrones课题组（点击查看介绍）合作研发了一种基于二维MoS2薄膜的新型F-P声压传感器。他们将电子束蒸镀的金属Mo薄膜进行常压硫化，得到了生长在二氧化硅/硅基底上的少层MoS2薄膜，随后将其直接转移在陶瓷插芯上组装得到了基于二维MoS2薄膜的F-P传感器。
清华大学材料学院助理教授吕瑞涛博士（左）和第一作者于非凡同学（右）
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院李成副教授
研究表明，基于二维MoS2薄膜的F-P传感器能够实现显著的应力-应变响应以及非常高的探测灵敏度（89.3 nm/Pa），与目前已报道的传统材料（二氧化硅、银薄膜等）相比提高了近三个数量级。此类声压传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、探测频谱范围宽、分布式检测等特点，适合于在复杂电磁环境和恶劣气候条件下使用，在工业、军事、医疗等领域将有重要的应用前景。
基于少数层MoS2的F-P微型光纤传感器的结构示意图（上）和实物照片（下）
该研究成果近期已在线发表于Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201603266）上，通讯作者为清华大学吕瑞涛助理教授、北京航空航天大学李成副教授和美国宾夕法尼亚州立大学Mauricio Terrones教授，第一作者是清华大学材料学院硕士生于非凡，北京航空航天大学硕士生刘倩文为该文共同第一作者。该研究工作的开展得到了国家自然科学基金、973计划和清华大学自主科研计划等项目的资助。
该论文作者为：Feifan Yu, Qianwen Liu, Xin Gan, Mingxiang Hu, Tianyi Zhang, Cheng Li, Feiyu Kang, Mauricio Terrones, Ruitao Lv
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603266/abstract
Ultrasensitive Pressure Detection of Few-Layer MoS2
Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603266