基于级联包层光纤布拉格光栅阵列的单通道单光纤三维形状传感技术

为解决微创手术中连续体机器人导航精度受限的难题，研究人员开发了一种基于飞秒激光直写技术的单通道单光纤形状传感方案。该方案通过正交分布的包层光纤布拉格光栅(cl-FBGs)阵列设计，仅用4个特征波长即可解析104个传感点，成功实现26个传感点的2D/3D形变重构，其强度解调机制对应变和温度不敏感，为微血管系统等微观空间形态监测提供了抗干扰、高精度的新方法。

　　

光学纤维形状传感器为内窥镜和微创手术中的连续体机器人提供了可靠的导航追踪能力。当前最先进的解决方案采用单模光纤中高度集成的光纤布拉格光栅(FBGs)，这类传感器虽体积微小，但布拉格波长数量受限制约了测量分辨率和长度。最新研究提出基于飞秒激光直写制备的级联包层光纤布拉格光栅(cl-FBGs)方案，每个传感点包含四个波长互异的正交分布cl-FBGs，通过轴向平行复制形成级联结构。这种创新设计突破了波长通道限制，仅用四个特征波长即可实现104个cl-FBGs的解析。实验证明，集成26个传感点的光纤能精准重构2D和3D曲线形变。更值得注意的是，基于强度解调的形变重构方案对应变和温度变化表现出极低敏感性。这种兼具微型化、抗干扰和高精度的空间形态传感技术，为微血管系统等微观环境的形态监测开辟了新途径，堪称微尺度空间形状传感领域的重大突破。