Research Progress of Sapphire Fiber Microcavity Sensing in High-Temperature Environment

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0066

Abstract

Abstract: Fiber Fabry-Perot （F-P） microcavity sensors garner widespread attention in the field of physical parameter sensing under high-temperature environments， owing to their advantages such as electromagnetic interference immunity， strong environmental adaptability， small size， and high precision. This paper reviews the research progress of sapphire fiber F-P microcavity sensors. The structural characteristics and high-temperature performance of intrinsic type， air-gap type， wafer type， thin-film deposition type， and composite cavity type microcavity sensors are sorted out， summarizing their stable measurement capability in high-temperature environments， with a maximum temperature measurement of up to 1 800 ℃. The current microcavity sensing technologies are confronted with key challenges， including long-term high-temperature stability， multi-parameter decoupling， system integration and large-scale preparation processes. Driven by new manufacturing technologies， sapphire fiber F-P microcavity sensors are moving towards miniaturization， batch fabrication， and multi-purpose applications.

Key words: Fabry-Perot; high-temperature environment; physical parameter measurement; microcavity sensor; sapphire fiber; sensor structure; temperature measurement

CLC Number:

TN29

HAN Songshuai, DAI Xiaoshuang, JIANG Junfeng, WANG Shuang, LIU Kun, XIANG Mei, CHEN Xin, ZHANG Jiande, LIU Tiegen. Research Progress of Sapphire Fiber Microcavity Sensing in High-Temperature Environment[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(7): 1084-1092.

Figures/Tables 12

Fig.1 Basic configurations of sapphire fiber F-P microcavity sensors. （a） Intrinsic type；（b） air-gap type；（c） thin-film deposition type；（d） wafer type；（e） composite cavity type

Table 1 Comprehensive performance comparison of sapphire fiber F-P microcavity sensors with different configurations

指标类型	本征型	空气隙型	沉积薄膜型	晶片型	复合腔型
测温上限/℃	<1 500	<1 050	约1 000	约1 800	1 400~1 500
压力灵敏度	—	—	—	0.877 µm/MPa（室温） 1.193 µm/MPa（1 200 ℃）	0.325 3 µm/MPa （1 400 ℃）
长期稳定性	良	差	差	优	良
制作工艺复杂度	低	中	中	高	高
主要优势	结构简单，成本低	腔长可灵活调节，易串联复用	体积小，反射率可调	耐温上限高，无胶封装稳定性好	多参量同时测量，集成度高
主要劣势	模场失配损耗大，熔接点高温易损	端面平行度要求高，热膨胀差异导致线性度差	测温上限受限于材料性质	装配精度要求高，干涉条纹对比度差	结构设计与信号解调复杂，键合工艺要求高

Fig.2 Schematic diagram of three-segment spliced air-gap type F-P microcavity sensor［20］

Fig.3 Structure diagram of 45° end-face polished sapphire wafer type microcavity temperature sensor［25］

Fig.4 Self-filtering high-resolution sapphire fiber microcavity high-temperature sensor［26］. （a） Schematic diagram of sensor structure；（b） optical transmission path of sensor

Fig.5 Schematic diagram of all-sapphire F-P microcavity pressure sensing structure［29］

Fig.6 Photo of bonded sapphire microcavity sample［29］（a） and image of wafer-welded fiber end［31］（b）

Fig.7 Flowchart of wet etching process for sapphire-sensitive film［32］（a） and schematic of sensor［34］（b）

Fig.8 Direct-bonded type sapphire fiber high-temperature sensor［35］. （a） Schematic diagram of sensor；（b） photo of sensor

Fig.9 Surface images of sapphire fiber after being placed in a 1 600 ℃ environment for 24 h ［35］. （a） With inert gas protection；（b） without protection

Fig.10 Hybrid sapphire dual F-P microcavity structure［36］. （a） Schematic diagram of sensor；（b） optical transmission path of sensor

Fig.11 Structure of all-sapphire dual-parameter measurement sensor［38］. （a） Schematic diagram of sensor；（b） side view microscopic image of sapphire capillary；（c） microscopic image of through-hole

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