光纤传感用新型特种光纤
【长飞光纤光缆股份有限公司童维军博士和华中科技大学唐明教授联合团队】

        传感技术作为信息获取的重要手段,与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。从物联网角度看,传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。传统的传感技术主要是利用半导体、电介质、磁性材料等材料的某些特性制成传感器来探测结构参量的变化,如利用热电效应、霍尔效应、光敏效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。该类传感器具有器件复杂程度受探测结构参量数量影响显著,特殊环境稳定性差,断点监测等缺陷。随着二十世纪六七十年代全球第一根光纤的问世,光纤通信及光纤制造技术飞速发展。光纤由于其动态范围大,工作频带宽,传输损耗低,且在一定条件下,特别容易接受被测场的加载,是一种优良的敏感元件。并且由于其本身不带电,易弯曲,抗电磁干扰,抗辐射性能好,特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此,光纤传感技术一问世就受到极大重视,得到各个领域的广泛关注。
        长飞光纤光缆股份有限公司童维军博士和华中科技大学光学与电子信息学院唐明教授联合研究团队全面综述了长飞公司致力开发的多种特种光纤在光纤传感领域的进展及应用。该综述不仅全面介绍了相关的特种光纤制造技术及其优劣势,还介绍了基于萨格纳克(Sagnac)效应应用于光纤陀螺仪的保偏光纤,基于法拉第效应应用于光纤电流互感器的旋转光纤,基于光电效应应用于能量增益的掺铒光纤、掺镱光纤、铒镱共掺光纤,基于光学相干技术应用于水听传感的弯曲不敏感光纤,基于拉曼效应应用于测温传感的多模光纤、少模光纤及基于布里渊效应的多芯光纤。此外,还有应用于高能量传输环境的传能光纤、紫外光纤;高辐射环境的抗辐射光纤;高温环境的耐高温光纤等多种特殊环境用特种光纤。光纤性能指标优异,环境可靠性高。相比传统采用通信光纤的传感应用,基于特种光纤的光纤传感展现出明显的性能优势,并且衍生出多种新型传感机理的光纤传感系统。

 
图1  长飞旋转光纤的比差vs.温度线性度

 

 
图2  (a) 长飞测温少模光纤温度分辨率曲线图;(b) 长飞测温少模光纤空间分辨率曲线图

 

 
图3  多芯光纤偏心纤芯中布里渊频移表现出强烈的弯曲敏感特性

研究团队简介
        长飞光纤光缆股份有限公司童维军博士带领的研究团队主要致力于特种光纤及器件的相关研究,包括:光纤传感用特种光纤及光纤传感系统,光纤激光器用特种光纤及其相关器件,电力用特种光纤及其相关器件,基础材料及光纤测试设备等。本团队成员主要包括杨晨博士、刘彤庆博士、张心贲博士、杨坤高级工程师等。近年来,团队成员承担或参与包括863计划、973计划、国家重点研发计划、国家重大仪器专项、国家自然科学基金及省市科技攻关等项目近20项;在国内外期刊上发表论文50余篇;授权发明专利20余项;参与获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技奖项一等奖2项、二等奖3项,三等奖2项。
        华中科技大学唐明教授所带领的光纤传感团队主要致力于光纤分布式传感技术的研究,在特种光纤、高级调制编码解码、先进信号处理技术在光纤传感的应用等方面取得了系统性成果,包括多芯光纤复用解复用器件的制备技术,及在其基础上率先开展的基于多芯光纤的分布式三维形貌、多参量传感技术,少模光纤形变分布式传感技术,少模长距离温度传感技术,以及基于信道估计的动态布里渊传感技术。近年来,团队成员承担或参与国家863计划,国家自然科学基金以及各类省市基金项目,在《Optics Letters》、《Optics Express》、《IEEE Journal of Lightwave Technology》等国际权威光学学术期刊及国际学术会议上发表论文数十余篇,技术水平处于国际领先地位。

相关论文
童维军, 杨晨, 刘彤庆, 等. 光纤传感用新型特种光纤的研究进展与展望[J]. 光电工程, 2018, 45(9): 180243.
DOI: 10.12086/oee.2018.180243