2013-11-22日,ESA发射的三颗卫星,其中两颗的轨道高度 为460公里,另一颗为530.它们的轨道倾角一致,都可以进行激光测距. Swarm is a constellation of three satellites to measure precisely the magnetic signals from Earth's core, mantle, crust and oceans, as well as the ionosphere and magnetosphere. The resulting models will give insight into Earth's interior and space weather. 视频见: http://spaceinvideos.esa.int/Videos/2013/05/SWARM_soon_to_be_exploring_Earth_s_magnetic_field Mission Parameters: Swarm-A Swarm-B Swarm-C Sponsor: ESA ESA ESA Expected Life: 4 years 4 years 4 years Primary Applications: Geomagnetic field mapping Geomagnetic field mapping Geomagnetic field mapping COSPAR ID: 2013-067B 2013-067A 2013-067C SIC Code: 8007 8008 8009 NORAD SSC Code: 39452 39451 39453 Launch Date: Nov-22-2013 Nov-22-2013 Nov-22-2013 RRA Size: 5 cm diameter 5 cm diameter 5 cm diameter RRA Shape: rectangular rectangular rectangular Reflectors: 4 corner cubes 4 corner cubes 4 corner cubes Orbit: polar polar polar Orbital Period: 5618 sec 5618 sec 5795 sec Inclination: 88.35 degrees 88.35 degrees 88.95 degrees Eccentricity: 0.00139 0.00139 0.00139 Altitude: 460 km 460 km 530 km NPT Bin Size: 5 sec 5 sec 5 sec
光纤传感“半月谈”被我写成了“半年谈”，实在惭愧。每年的 9-10 月和 3-4 月都是科研人员的项目申请季，一耽误就是半年。 凡事贵在坚持。从今天做起。本期主要介绍 2013 年第二季度读到的部分文献。 温度传感器 中国计量大学的 Y. Xin 等人报道了采用酒精填充的边孔光纤干涉仪测量温度的方法（ Y. Xin, X. Dong, Q. Meng, F. Qi, and C.-L. Zhao, Alcohol-filledside-hole fiber Sagnac interferometer for temperature measurement, Sensors and Actuators A , vol. 193, pp.182 – 185, 2013. ），图 1 。其温度灵敏度约为 86.8 pm/ ◦ C 。 图 1 采用边孔光纤的温度传感器 巴西的 R. E. P. d. Oliveira 等人研究了光子晶体带隙光纤的光谱的温度特性（ R. E. P. d. Oliveira, J. C. Knight, T. Taru, and C. J. S. d. Matos1,Temperature response of an all-solid photonic bandgap fiber for sensingapplications, APPLIED OPTICS ,vol. 52, pp. 1461-1467, 2013. ）。 南开大学 H. Liang 等人报道了一种同时测量温度和力的 PCF 传感器（ H. Liang, W. Zhang,P. Geng, Y. Liu, Z. Wang, J. Guo, et al., Simultaneous measurement oftemperature and force with high sensitivities based on filling different indexliquids into photonic crystal fiber, Opt.Lett. , vol. 38, pp. 1071-1073, 04/01 2013. ）。该传感器在 PCF 的两个孔中填充液体，在透射谱里面选择两个透射峰，而这两个透射峰对于温度和应力的敏感程度不同（分别红移和蓝移），从而实现了温度和应变的同时测量（图 2 ）。 图 2 液体填充的 PCF 传感器示意图 香港理工大学的 Liu, Z. 等人报道了在高双折射 PCF 上写入 FBG 进行温度和压力传感的方法（ Liu, Z., et al.(2013). Ultrahigh birefringence index-guiding photonic crystal fiber andits application for pressure and temperature discrimination. Opt. Lett. 38(9): 1385-1387. ），图 3 。 图 3 高双折射光纤的制作过程 华中科技大学的 J. Wo 等人报道了采用 MSM 结构的光纤温度传感器（ J. Wo, Q. Sun, H.Liu, X. Li, J. Zhang, D. Liu, et al., Sensitivity-enhanced fiber optictemperature sensor with strain response suppression, Optical Fiber Technology , 2013. ），该传感器利用纤芯模和包层模的干涉来测温（图 4 ），并具有较低的应变灵敏度。 图 4 具有 MSM 结构的温度传感器 吉林大学的 Xue, Y 等报道了采用异丙醇填充的光纤拉锥具有极高的温度灵敏度（ Xue, Y., et al. (2013). Ultrasensitive temperature sensor based onan isopropanol-sealed optical microfiber taper. Opt. Lett. 38(8): 1209-1211. ）传感器图如图 5 所示。 图 5 光纤拉锥示意图 折射率传感器 墨西哥的 M. G. Shlyagin 等人报道了一种自参考的光纤折射率传感器（ M. G. Shlyagin, R. M. Manuel, and ó . Esteban,Optical-fiber self-referred refractometer based on Fresnel reflection atthe fiber tip, Sensors andActuators B: Chemical , vol. 178, pp. 263-296, 2013. ）。该传感器在光纤端部写入两个低反射率的 FBG ，与光纤端面共同构成 3 个干涉仪（图 6 ），通过干涉相位检测的方法检测折射率。 图 6 光纤端面折射率传感器 山东大学的 M. Jiang 等人报道了采用 TiO 2 涂层的光纤 FP 折射率传感器（ M. Jiang, Q.-S. Li,J.-N. Wang, Z. Jin, Q. Sui, Y. Ma, et al., TiO 2 nanoparticlethin film-coated optical fiber Fabry-Perot sensor, Opt. Express , vol. 21, pp. 3083-3090, 02/11 2013. ）。通过增加 TiO2 涂层（图 7 ），传感器的灵敏度提高了 2.6 倍。 图 7 采用 TiO2 涂层的光纤 FP 折射率传感器 美国 University ofNebraska – Lincoln 的 Tian, J 等人报道了采用微结构光纤 FP 腔的折射率传感器（ Tian, J., et al.(2013). Microfluidic refractive index sensor based on an all-silicain-line Fabry-Perot interferometer fabricated with microstructuredfibers. Opt. Express 21(5):6633-6639. ），该传感器表现出来很高的灵敏度和稳定性以及温度不敏感特性。 图 8 采用微结构光纤 FP 腔的折射率传感器 此外，加拿大渥太华大学的 Jeremie Harris 等人报道了基于包层外模式干涉的在线光纤干涉仪型折射率传感器（ Harris, J., et al. (2013). Highly sensitive in-fiber interferometricrefractometer with temperature and axial strain compensation. Opt. Express 21(8): 9996-10009. ）。该传感器实现了温度和轴向应变的补偿，传感器如图 9 所示。 图 9 基于在线 MZ 干涉仪的折射率传感器 加拿大的 Tripathi, S. M. 等报道了采用串联的具有双谐振峰的 LPG 折射率传感器（ Tripathi, S. M., etal. (2013). Temperature insensitive high-precision refractive-indexsensor using two concatenated dual-resonance long-period gratings. Opt. Lett. 38(10): 1666-1668. ），通过调整两个 LPG 之间的距离可以实现温度补偿，如图 10 。 图 10 串联 LPG 的折射率传感器 台湾的 Lee, C. L 等报道了在光纤内部镀金膜（镀膜 - 熔接 - 切割）形成的 FP 腔用于折射率传感（ Lee, C. L., et al.(2013). Microcavity Fiber Fabry-Perot Interferometer With an EmbeddedGolden Thin Film. IEEE PhotonicsTechnology Letters 25(9): 833-836. ），如图 11 所示。 图 11 由金膜和端面形成光纤 FP 腔的折射率传感器 中科院 重庆绿色智能技术研究院 的 Di, W. 等报道了利用电弧放电在 SM 光纤中形成 FP 腔的折射率传感器（ Di, W., et al.(2013). Intrinsic fiber-optic Fabry-Perot interferometer based on arcdischarge and single-mode fiber. APPLIEDOPTICS 52(12): 2670-2675. ），外界折射率会改变干涉条纹的对比度（图 12 ）。 图 12 FP 腔的折射率传感器 磁场传感器 北京理工大学的 Gao, R. 等报道了基于光子晶体光纤的磁场传感器（ Gao, R., et al. (2013). All-fiber magnetic field sensors based onmagnetic fluid-filled photonic crystal fibers. Opt. Lett. 38(9): 1539-1541. ）。该传感器通过灌注于光子晶体光纤包层空气孔中的磁流体实现，当磁场变化时，磁流体的反射率发生变化（图 13 ），从而改变透射光强。 图 13 光纤磁场传感器透射光强随磁场变化 暨南大学的 Cheng, L. 等人报道了基于安培力的光纤激光磁场传感器（ Cheng, L., et al. (2013). Ampere force based magnetic field sensorusing dual-polarization fiber laser. Opt.Express 21(11): 13419-13424. ），该传感器利用磁场引起的安培力使双偏振光纤激光器的排频发生变化进行传感。
地球的磁场是一个不均匀磁场，从赤道到两极磁场逐渐增强。从而由于 Lorentz 力的作用，地面上空会出现两层 Van Allen 辐射带 （就是磁瓶）。第一层在地面上空 800 km 到 4000 km 处，主要由质子组成；第二层在地面上空 60000 km 处，主要由电子组成。又由于极区附近磁感线与地面垂直，而从外层空间入射的粒子可直接进入大气层，与空气分子碰撞，就会产生绚丽多彩的极光。
陈怡平 等发现磁场处理能够减缓镉（Cd）胁迫下绿豆幼苗生长的不利影响，效果最好的磁场强度是600mT。他们认为这种缓解作用与一氧化氮（NO）的信号传导有关，植株对磁场环境下的具体响应机制需要更精细的研究。 论文“Magnetic field can alleviate toxicological effect induced by cadmium in mungbean seedlings”发表在Ecotoxicology上。 全文: Magnetic field can alleviate toxicological effect induced.pdf
精彩图片：地球的磁层 资料来源：美国航天局 编译：马志飞 在物理课上，你应该已经见过这样一幕了：如果在一个条形磁铁的周围撒上铁屑，你就会看到这些铁屑会排列成规则的形状，无形的磁场就展现在你的面前。 我们的地球同样是一个巨大的磁石，科学家们花了一个世纪的时间来探索它的形状和结构。图片中所展示的就是地球磁场——磁层——仿佛是从太空中俯瞰。这只是一幅概念图，但是它依据的却是真正的科学观测数据，这些观测数据从太空时代（ Space Age ）就已经开始获取了。图片中橙色和蓝色的线条代表的正是地球两极的磁场线。 实际上，磁力线是看不到的，但是它们可以通过观测地球空间周围的原子粒子而推算出来。与条形磁铁周围的铁屑不同，地球的磁层不是对称分布的，这是由于太阳风的作用，从太阳射出的高速运动的粒子流会带有自身的磁场特征。 就像臭氧层一样，磁层对于我们地球上的生命来说是非常重要的，因为它可以防止我们遭受绝大部分的有害辐射和太阳热等离子体，把它们偏转到宇宙空间中去。由于我们最近的恒星不断辐射高速粒子流，我们的磁层就经常受到冲击，这会在地球周围的宇宙空间中产生电流——一种能够破坏无线电通讯和损坏卫星的电流，这种现象被称为“空间天气”（ space weather ）。此外，它们还可以产生美丽的极光。 高清图片 精彩图片：地球的磁层.zip
纳米器件的设计与研究方兴未艾，如何为纳米器件提供一个纳米级的磁场，似乎并不是一件容易的事。如采用纳米永磁材料，一方面受到超顺磁尺寸的限制，另一方面磁场的强度是固定的，无法根据需要调变磁场强度。采用螺旋管提供电磁场可能是比较好的方法，磁场强度可以根据电流大小来调控，但是如何得到纳米级的螺旋管？用传统材料绕制是不可能的。螺旋碳纳米管（或螺旋碳纳米纤维）可能是一个比较好的选择。 与直线型的碳纳米管相比，螺旋碳纳米管可以用来做纳米级电磁铁，而磁场的强度可以用通过碳纳米管的电流来调节。下图是我们采用CVD原位催化裂解的方法制备的碳纳米弹簧SEM照片。 最近我们采用原位催化CVD方法，通过改变反应条件，合成了各种形态的碳纳米材料，如螺旋碳纳米纤维，纳米球链，碳纳米带等。下图是碳纳米带SEM和TEM照片： 由于制备这些碳纳米材料所用的催化剂为原位合成的纳米级过渡金属颗粒，因此所得到的复合物具有磁性。研究表明它们的微波吸收性能很好，且比重小，性能稳定，有望用于轻质隐身材料。 相关研究工作发表在以下刊物： 1. X.S. Qi, W. Zhong* , et al ., Carbon , 48, 365 (2010) 2. Xiaosi Qi,Yu Deng, Wei Zhong,* et al. , J. Phys. Chem. C 114 , 808 (2010) 3. X.S. Qi, M.H. Xu, W. Zhong* , et al , J. Phys. Chem. C 113, 2267 (2009) 4. Xiaosi Qi, Wei Zhong,* et al. , J. Phys. Chem. C 113 , 15934 (2009) 5. Xiaosi Qi, Yi Yang, Wei Zhong* , et al. , J. Solid State Chem. 182, 2691 (2009)
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