光纖傳感技術(shù)經(jīng)過四十多年的學(xué)術(shù)研究與技術(shù)發(fā)展，在近幾年形成了加速發(fā)展的趨勢，其原因主要有兩個(gè)：一是光纖傳感技術(shù)已經(jīng)在若干實(shí)際場景中獲得了大量應(yīng)用；二是微納技術(shù)、材料技術(shù)及生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也為光纖傳感技術(shù)提供了許多交叉感測的新方法。我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展不僅為光纖傳感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了廣闊的市場，同時(shí)也助推了這一領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的繁榮與進(jìn)步。下面我們來看看光纖傳感若干關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展路徑。

一、我們來看看光纖傳感若干關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展路徑

1、特種光纖及器件

近年來，特種光纖及其傳感器件的快速發(fā)展，有力地推動了光纖傳感技術(shù)水平邁上新臺階。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如電絕緣性能好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、非侵入、高靈敏度、形狀可繞曲、耐腐蝕、防爆、容易實(shí)現(xiàn)對被測信號的遠(yuǎn)距離監(jiān)控等。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起和5G技術(shù)的大規(guī)模商用化，應(yīng)用于傳感系統(tǒng)的特種光纖及器件也將迎來蓬勃的發(fā)展。光纖應(yīng)用于傳感領(lǐng)域也經(jīng)歷了一系列的技術(shù)變革，為滿足不同的應(yīng)用環(huán)境，特種傳感光纖技術(shù)的發(fā)展也從更小尺寸的集成化向更適用于惡劣環(huán)境的技術(shù)方向發(fā)展，光纖傳感實(shí)用化也取得了長足的進(jìn)步。

特種光纖主要包括抗彎曲光纖、保偏光纖、耐高溫光纖、抗輻射光纖、旋轉(zhuǎn)光纖、瑞利散射增強(qiáng)光纖等。

1）抗彎曲光纖，彎曲損耗低，機(jī)械強(qiáng)度高，適合小尺寸振動環(huán)繞制，在光纖水聽器上有重要應(yīng)用。單個(gè)水聽器很難獲得目標(biāo)的詳細(xì)信息，需要布放成百上千個(gè)探測基元組成大的探測陣列，來實(shí)現(xiàn)對水下目標(biāo)的定位與指向。對于大規(guī)模的布放，要求探測陣列及傳輸光纜體積小、重量輕、易于收放。因此，要求作為水聽器用的傳感光纖的幾何尺寸小型化，能耐受更小的彎曲半徑，且具有更低的彎曲損耗?？箯澒饫w也經(jīng)歷了幾何尺寸逐步減小、宏彎損耗逐步降低、彎曲機(jī)械可靠性逐步提高的發(fā)展歷程，其極限彎曲半徑已經(jīng)達(dá)到了5 mm，最大宏觀彎曲損耗小于0.01 dB/turn。

2）保偏光纖，可產(chǎn)生強(qiáng)雙折射效應(yīng)、可以保持某一方向線偏振的入射光束的偏振態(tài)，常應(yīng)用于光纖陀螺。目前對于光纖陀螺應(yīng)用領(lǐng)域，脫骨架小型化、高精度是發(fā)展趨勢，保偏光纖也經(jīng)歷了更小幾何尺寸、更小可彎曲直徑、更穩(wěn)定的全溫性能等發(fā)展歷程，光纖尺寸從125/250 μm(表示包層、纖芯直徑分別為250 μm 125 μm)、80/170 μm，80/135 μm，發(fā)展到60/100 μm，現(xiàn)階段纖芯直徑已開始向40 μm的尺寸發(fā)展。

3）耐高溫光纖，采用特種耐高溫聚酰亞胺涂料涂敷，耐受溫度達(dá)300 ℃，主要用于分布式光纖測溫系統(tǒng)，如火災(zāi)監(jiān)測、管道泄漏檢測等特殊環(huán)境。

4）抗輻射光纖，主要用于太空或核電等輻照環(huán)境的通信及傳感。光纖中摻雜的稀土元素在受到太空中高能粒子的輻照時(shí)，會引起輻致暗化效應(yīng)，從而造成光纖損耗的急劇增加，因此需要研制適用于輻照環(huán)境的特種光纖?，F(xiàn)階段的抗輻射光纖主要從摻雜材料優(yōu)化、光纖預(yù)處理、后處理工藝等多個(gè)方向不斷地降低輻致衰減指標(biāo)。

5）旋轉(zhuǎn)光纖，具有極為突出的抗環(huán)境干擾能力，主要應(yīng)用于基于法拉第磁光效應(yīng)的光纖電流互感器。目前，比較成熟的旋轉(zhuǎn)光纖是通過在拉絲過程中旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒制備而成。通過對扭轉(zhuǎn)速率的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以很大程度地消除光纖彎曲造成的線性雙折射的影響，且旋轉(zhuǎn)光纖的機(jī)械強(qiáng)度較高，工藝一致性穩(wěn)定，極大地提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，已應(yīng)用于電力、冶金等領(lǐng)域。

6）瑞利散射增強(qiáng)光纖，主要用于基于瑞利散射的分布式傳感系統(tǒng)中，如Φ-OTDR傳感系統(tǒng)。

與通信不同，光纖傳感應(yīng)用往往伴隨了一些特殊的應(yīng)用環(huán)境。隨著我國各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，物理感知層的傳感需求也隨之而來，例如：光纖陀螺、光纖水聽器、光纖電流互感器等對保偏光纖及其器件的需求，核電站及空間探測領(lǐng)域?qū)馆椛涔饫w及器件的需求等，這些需求不僅對傳感光纖的性能提高起到了促進(jìn)作用，也對市場產(chǎn)生了強(qiáng)勁的拉動作用。

然而，在特種光纖應(yīng)用環(huán)境中，不同的應(yīng)用方向?qū)饫w的要求各不相同，實(shí)現(xiàn)更高技術(shù)水平對光纖的各項(xiàng)指標(biāo)也提出了獨(dú)特的技術(shù)要求。特種光纖在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，并且在大部分領(lǐng)域均有不可替代的作用，如抗彎光纖在小型化水聽器中的應(yīng)用、細(xì)徑保偏光纖在高精度陀螺中的應(yīng)用等。隨著傳感技術(shù)的更新，實(shí)際應(yīng)用對各種特種光纖的指標(biāo)也提出了新的要求。

光纖是光纖傳感技術(shù)的載體，隨著未來新光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)以及現(xiàn)有傳感技術(shù)的升級換代，必將產(chǎn)生新的光纖類型以及更高技術(shù)要求的各類傳感光纖。

2、光纖布拉格光柵傳感技術(shù)

光纖布拉格光柵（FBG）是業(yè)界公認(rèn)的種類最多、商用化程度最高、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的一類光纖傳感技術(shù)。同其他光纖傳感技術(shù)相比，F(xiàn)BG的傳感信號強(qiáng)、精度高、響應(yīng)快，不受光源波動和鏈路損耗變化的影響，抗干擾能力強(qiáng)；通過合理地設(shè)計(jì)與封裝，單個(gè)傳感器可達(dá)到很強(qiáng)的環(huán)境耐受能力，同時(shí)具有組網(wǎng)復(fù)用方式靈活多樣的特點(diǎn)。