光子集成电路作为新一代信息技术的核心驱动力，正逐步取代传统电子集成电路，广泛应用于高安全性信号控制系统。随着芯片集成度的不断提高，微小环境因素如温度和湿度的波动可能对光信号处理系统的关键性能产生难以察觉的影响，进而导致系统性能退化。因此，开发高灵敏度的片上多模态光学传感器具有重要的研究价值。尽管光栅型传感器因其超紧凑结构、高传感效率和简易制备工艺而被广泛研究，但单一检测目标限制了片上器件的功能集成。聚离子液体材料兼具离子电解质和聚合物的特性，其内部的自由离子在外部环境刺激下可产生动态响应，为多模态参数检测提供了新的可能性。现有光学温湿度传感器普遍存在灵敏度不足、难以实现片上集成等问题，开发新型敏感材料和传感结构以满足高密度光子集成电路对温湿度监测的严格要求，已成为当前该领域面临的重要挑战。

    在这项研究中，研究人员设计并制备了一种基于聚离子液体的长周期光栅温湿度双模态传感器。研究团队采用金属印刷工艺制备聚离子液体波导，利用材料中氯离子浓度随温度和湿度变化的特性，实现了基于自由离子动态机制的高灵敏度光学检测。研究表明，温度升高或湿度增加均会促进聚离子液体中离子键断裂，使自由氯离子浓度增加，进而通过等离子体色散效应降低材料折射率。该传感器的离子热光系数和离子湿光系数分别达到-9.3×10⁻⁴/K和-3.1×10⁻⁴/% RH。通过设计特定的长周期光栅结构，研究人员实现了顶部湿度传感模式和底部温度传感模式的解耦检测：湿度变化主要影响表面折射率，与基模-三阶模耦合相关；温度变化引起整体折射率均匀改变，与基模-二阶模耦合相关。实验结果显示，该传感器温度检测灵敏度达650 nm/K，分辨率为0.01 K；湿度检测灵敏度为1.05 nm/% RH，分辨率为1% RH，且具有良好的线性度和恢复特性。 

     该研究成功将自由离子引入聚合物长周期光栅系统，提出了自由离子等离子体色散效应的传感机制，为片上温湿度双模态监测提供了新的技术路径。基于聚离子液体的光波导传感器展现出优异的检测性能，其温度灵敏度和湿度灵敏度均优于现有报道的光学温湿度传感器。该器件采用标准微纳加工工艺制备，与光子集成电路技术具有良好的兼容性，有望应用于高密度光信号处理系统的环境实时监控。通过模式耦合系数的差异实现温湿度信号的有效解耦，解决了双参数交叉敏感的技术难题。这一研究成果不仅拓展了离子聚合物材料在光学传感领域的应用范围，也为开发人工智能驱动的动态监测系统奠定了技术基础，具有重要的科学意义和工程应用价值。