随着智能时代的到来, 磁场传感器已经广泛应用于移动设备中, 为用户提供定位和导航等服务。目前, 基于霍尔效应的磁场传感器和基于磁性材料的磁阻式传感器是人们普遍采用的 2种磁场检测传感器。基于霍尔效应的磁场传感器的优点是成本低, 不需要外加磁性材料, 且制作工艺和互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容。这种传感器的工作范围一般为 10 μT~1 T, 并可以通过增加功耗的方式来提高分辨力。磁阻式磁场传感器拥有较高的分辨力和较宽的工作范围(0.1 nT~1 T), 其性能主要取决于磁性材料。除了以上 2种方式外, 由硅基微机电系统(MEMS)谐振器构成的谐振式磁场传感器利用洛伦兹力对磁场的依赖性实现了对磁场的检测, 具有体积小、功耗低、性能优异且与 CMOS工艺兼容等优点, 近年来受到研究人员的广泛关注。本文回顾了由 MEMS硅基谐振器构成的磁场传感器的最新发展动态和性能提升方法, 并总结了当前存在的关键挑战和未来机遇。

光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量，基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后，设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头，搭建了光纤三维磁场测量系统。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差，通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量，对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定，三轴标定精度分别为0.19°、0.26°和0.22°。实验结果表明，该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2 μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。

提出了一种干涉型微纳光纤磁场传感器，由微纳光纤干涉仪和TbDyFe 超磁致伸缩棒构成，单模光纤经过熔融拉锥形成双锥型微纳光纤干涉仪，与TbDyFe 超磁致伸缩棒平行固定封装，磁场作用下磁致伸缩棒和微纳光纤干涉仪发生轴向应变，引起干涉谱的波长漂移，形成波长编码型的光纤磁场传感器。实验结果表明，相同应变特性的微纳光纤干涉仪，磁致伸缩棒直径越小，磁场灵敏度越高，直径为2 mm的TbDyFe磁致伸缩棒组成的光纤磁场传感器灵敏度可以达到0.178 nm/mT，该传感器结构简单，易于制备，成本低廉，响应快，可以实现微弱磁场的高灵敏探测。

光纤磁场传感器具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀以及抗电磁干扰等优点，弥补了传统磁场传感器的不足，在**、工业、电网等多个领域发挥着重要作用。使用二氧化碳激光器分别在标准通信单模光纤和光敏光纤上制备了两种类型的长周期光纤光栅（LPFG），将LPFG浸入磁流体中制备磁场传感器。当施加外部磁场时，LPFG的谐振波长会发生偏移。当磁场强度在1.6~25.5 mT范围内变化时，可达到的最大磁场灵敏度为126.5 pm/mT。该传感器在磁场或电场系统中具有潜在的应用。

对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上，基于密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响，结果表明，温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩，从而增强其磁致折变效应。实验上，基于磁致折变效应，以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂，研制了磁场传感器，结果表明，干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移，传感器的磁场灵敏度随之增加，16.7 ℃和43.5 ℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63 pm/mT和25.53 pm/mT，温度变化会影响磁场的测量精度。

磁场的传感测量在相关领域具有重要应用。利用磁流体的磁光效应, 提出了一种基于光学Tamm态的磁场传感结构。该结构由加载了金属层和电介质层的一维磁流体光子晶体构成。数值研究了该结构的结构参数对传感性能的影响。结果表明, 磁流体层越厚, 探测灵敏度就越高。金属层和电介质层的厚度均存在一个最佳值, 使得传感器具有较高的探测精度。结果还表明, 该传感结构的探测灵敏度优于已报道的采用光子晶体缺陷结构实现的磁场传感器。研究结果为基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器的设计制备提供了参考。

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题, 该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜, 光刻制备了叉指电极, 并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构, 成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性, 最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试, 并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明, 该MSAW器件有两个谐振峰, 其中瑞利波出现在28.32 MHz, 兰姆波出现在93.69 MHz。

为提高光纤传感器磁场检测中的敏感度,进一步实现弱磁场环境中的高精度场强勘测,提出一种基于磁流包覆与冷却拉锥透射式全光纤高灵敏磁场传感器,拉锥过程采用间歇式停顿冷却技术,可更加便捷获得高质量干涉谱,减缓光子晶体光纤空气孔塌缩,制作工艺简单,具有可操纵性强、灵敏度高、损耗小等优势,实现了高灵敏磁场环境实时在线检测,并对传感器的变温影响进行了讨论。实验结果表明,光子晶体光纤的拉锥长度为5.5 mm、腰椎直径为75 μm时,可得到良好的干涉光谱,在0~78 Oe(1 Oe =^79.578 A·m -1)磁场范围内,灵敏度达95 pm/Oe,线性拟合度为98.31%。

Due to their high quality factors and small mode volumes, whispering gallery mode (WGM) microcavities can strongly enhance light-matter interactions, making them an excellent platform for various sensing applications. In this paper we review the burgeoning field of microcavity sensing. We first present recent state-of-the-art results, and discuss microcavity sensing platforms and mechanisms. We then review a variety of WGM sensing applications, including the sensing of single nanoparticles, temperatures, magnetic fields, chemical gases, and strain/stress. Furthermore, we provide a brief summary and outlook on microcavity-based sensing devices and their potential applications.