《红外与激光工程》于2025年第4期推出了“光纤传感技术及应用”专题，本专题特别邀请了国内相关专家团队撰写最新研究综述14篇和原创性研究论文6篇。本期带来的是暨南大学郭团研究员、杜明辉副教授团队最新工作。（查看全文请点击文末阅读原文）
撰稿人：刘营，杜明辉
论文题目：多材料光电功能光纤研究进展与展望(特邀)
作者：刘营，吴旖豪，李知博，毛杰，方再金，杜明辉，郭团
完成单位：暨南大学 物理与光电工程学院
导读
作为光传输和光子器件的核心材料，光纤已广泛应用于光通信、激光器、光传感等领域。随着光纤应用领域的不断扩展，对光纤的性能和功能提出了更高要求，传统的光纤材料已不能满足人们日益增长的需求。在此背景下，多材料光纤应运而生。多材料光纤是近年来发展起来的一类新型光纤材料，它旨在将不同功能材料集成到单一光纤，实现单一光纤的多功能和高性能，为在多个领域中扩展光纤的应用提供了新的机会。特别是光电功能多材料光纤，因其在先进光电子器件、光遗传学、智能织物、多功能传感以及柔性可穿戴电子等领域的广泛应用而受到越来越多的关注。
主要内容
光纤的发明对人类的日常生活产生了重要影响。作为光传输和光子器件的核心，光纤已广泛应用于光通信、光计算、光传感等领域。随着光纤应用领域的不断扩展，人们对光纤的性能和功能提出了更高的要求。如在单一光纤中实现光电的同步传输与调制、在单一光纤中实现从紫外可见到红外波段的光传输、变换与探测等。受限于组分材料和结构的限制，传统光纤难以实现这些新型功能。在此背景下，多材料光纤应运而生，这种融合了光、电、磁、声、热和压电等功能材料的新型光纤极大扩展了传统光纤的应用领域。在过去的二十年里，这种新型光纤材料得到了快速发展。研究人员已经设计和制备了许多具有不同功能的多材料光纤，这些新型光纤在光电探测、能源存储、生物医药、3D打印、神经调控、纳米科学与制造等领域显示出广泛的应用前景。
图1 (a)多材料光纤热拉伸示意图；(b)基于不同材料与功能组合的多材料光纤端面结构
多材料光纤通常包含两种或两种以上具有不同物化性能的材料，研究人员探索了多种技术来制备高性能的多材料光纤。目前，成功集成了光、电、声、热以及压电等功能材料到单一光纤，并实现了通信、传感、成像等功能。并且，在多材料光纤制备过程中发现了一些新奇的现象，极大拓展了传统光纤的应用领域。光纤不仅可以作为一种通讯工具，尤其是聚合物光纤，具有制备温度低、机械性能好、兼容性好、生物相容性好等优点，复合一些光功能、电功能、磁功能、热电功能等材料后，还可以用来制备智能传感设备、智能织物以及可穿戴电子设备等多功能柔性器件及系统。
图2 光电功能多材料光纤在不同领域的应用。(a) 光探测；(b) 化学探测；(c) 声探测；(d) 辐射探测；(e) 形变探测；(f) 生理监测；(g) 神经调控
目前，多材料光纤已广泛应用于人们的日常生活，在先进光电子器件、光遗传学、智能织物、多功能传感以及柔性可穿戴电子等领域显示出广泛的应用潜力。本文以多材料光电功能光纤为对象，梳理了多材料光纤的制备方法、工作原理、光纤结构、功能及应用，并对多材料光电功能光纤的发展前景进行了展望和分析，以期为新型光纤材料的开发提供指导。
结论与展望
虽然在过去的二十年中取得了巨大的成功，但多材料光纤的未来发展仍面临一些挑战：
一是可以集成到光纤中的材料仍然不足。目前最常用的制造多材料光纤的方法仍然是热拉伸法，这种方法要求所有材料具有匹配的热性能，这限制了材料的选择，以制造多功能纤维。例如，一些与热拉伸不相容的材料，如溶液、二维材料、凝胶材料、晶体等，仍然难以集成到纤维中。
二是多材料光纤的功能集成度仍然较低。一般来说，大多纤维只能感知一种物理参数，如温度、应力、光等，而少数纤维可以同时感知两个或两个以上的物理参数。这种限制可能取决于材料成分和多材料纤维的结构配置。如果能够在保证纤维尺寸的前提下，将更多的功能集成到一根纤维中，这可能会为多材料纤维提供更多的机会，如健康监测、脑机接口、智能织物、人工智能等多样化的应用。
三是多材料光纤的智能化程度仍然较弱。将多材料光纤集成到下一代智能纺织品中，可以促进智能纺织品的智能化进程。例如，将多功能纤维组成的智能织物与人工智能和大数据相结合，将彻底改变人体健康监测，如检测血压、血糖、pH、体温、心率等。同时还可以获得多功能纤维的弯曲、扭转、拉伸、旋转等力学信息。基于上述数据和智能分析，可以随时准确评估人体的健康状况，这将极大地改变人类的日常生活方式。
作者介绍
郭团
郭团，暨南大学研究员，博士生导师，教育部长江学者特聘教授，美国光学学会会士（Optica Fellow）。专注于光纤传感技术及其在新能源、生物、海洋、电力等领域应用研究。主持国家自然科学基金重点/优青、广东省重点等科研项目，在Nature Communications、Light：Science & Applications等权威期刊发表SCI论文150余篇，编著中、英文学术著作7章节，获授权中国、美国发明专利30余项。担任国际IEEE仪器与测量学会光子技术委员会主席，国际期刊IEEE Journal of Lightwave Technology副主编、IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 和《中国科学：信息科学》编委，先后荣获IEEE仪器与测量学会科技奖和最佳应用奖。
杜明辉
杜明辉，男，副教授，硕士研究生导师。博士毕业于华南理工大学，博士毕业后在华南理工大学从事博士后研究，并于2023年3月加入暨南大学光子技术研究院，任副教授、硕士研究生导师。主要从事光电复合纤维、多材料纤维及光纤传感研究。在Advanced Science、ACS Nano、Advanced Fiber Materials、Laser & Photonics Reviews等国际期刊发表SCI论文20余篇，受邀撰写Wiley出版英文著作1章。申请国家发明专利10项，已获授权6项。主持国家自然科学基金青年基金、广东省自然科学基金面上项目、青年项目、中央高校基本科研业务费项目等，作为骨干成员参与国家重点研发计划项目。
刘营
刘营，男，暨南大学物理与光电工程学院光子技术研究院2023级博士生，主要从事多材料纤维的设计、制备与传感应用研究。
文章信息
刘营, 吴旖豪, 李知博, 等. 多材料光电功能光纤研究进展与展望(特邀)[J]．红外与激光工程, 2025, 54(4): 20250022. DOI: 10.3788/IRLA20250022