

隨著密集波分復(fù)用DWDM技術(shù)、摻餌光纖放大器EDFA技術(shù)和光時分復(fù)用OTDR技術(shù)的發(fā)展和成熟,光纖通信技術(shù)正向著速、大容量通信系統(tǒng)的方向發(fā)展,并且逐步向全光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。在光通信迅猛發(fā)展的帶動下,光纖傳感器作為傳感器家族中年輕的一員,以其在抗電磁干擾、輕巧、靈敏度等方面 的優(yōu)勢,己成長為年成交額超過10億美金,并預(yù)計將于2010年擁有超過50億美金市場的產(chǎn)業(yè)。每年由 光學(xué)工程師學(xué)會(OSA)主辦的光纖傳感 會議(OFS)及時報道著光纖傳感的 新進(jìn)展,并對光纖傳感及其相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行有益的研討。
當(dāng)前,世界上光纖傳感的發(fā)展可分為兩大方向:原理性研究與應(yīng)用。隨著光纖技術(shù)的日趨成熟,對光纖傳感器實用化的成為整個發(fā)展的熱點和關(guān)鍵。由于光纖傳感技術(shù)并未如光纖通信技術(shù)那樣地獲得產(chǎn)業(yè)化,許多關(guān)鍵技術(shù)仍然停留在實驗室樣機(jī)階段,距商業(yè)化有 的距離,因此光纖傳感技術(shù)的原理性研究仍處于相當(dāng)重要的位置。由于很多光纖傳感器的是以取代當(dāng)前己相當(dāng)成熟,性和成本己公認(rèn),并己經(jīng)被廣泛采用的傳統(tǒng)機(jī)電傳感系統(tǒng)為目的,所以盡管這些光纖傳感器具有如電磁絕緣、、易復(fù)用等諸多優(yōu)勢,其市場滲透所面臨的困難和挑戰(zhàn)是可想而知的。而那些具有 全新功能的光纖傳感器則在競爭中占有明顯優(yōu)勢,F(xiàn)BG和其它的光柵類傳感器就是一個 好的例證。當(dāng)前的原理性研究熱點集中于光纖光柵(FBG和LPG)型傳感器和分布式光纖傳感系統(tǒng)兩大板塊。
FBG型光纖傳感器自發(fā)明之日起,己走過了原理性研究和實驗論證的百家爭鳴階段。目前成熟的FBG制作工藝己可形成小批量生產(chǎn)能力,而研究的焦點也轉(zhuǎn)向解決應(yīng)用,完善解調(diào)和復(fù)用技術(shù),以及降低成本等幾個方向上。另一方面,由于光纖傳感器具有將傳輸與傳感媒質(zhì)合而為一的特性,使得沿布設(shè)路徑上的光纖可全部成為敏感元件,因此,分布式傳感成為光纖傳感器與生俱來的優(yōu)點。
對于光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用研究主要有以下四大類:光(纖)層析成像技術(shù)(OCT,OPT)、智能材料(SMART MATERIALS、光纖陀螺與慣導(dǎo)系統(tǒng)(IFOG,IMIU)和常規(guī)工業(yè)工程傳感器。另外,由于光纖通信市場需求的帶動以及傳感技術(shù)的要求,新型器件和特種光纖的研究成果也層出不窮。
目前,我國的光纖傳感器研究大多數(shù)集中于大專院校和單位,仍然未完成由實驗室向產(chǎn)品化的過渡。其中,比較成熟的技術(shù)包括:清華大學(xué)光纖傳感中心與總后合作研制的光纖油罐液位與溫度測量系統(tǒng),己經(jīng)安裝運(yùn)行數(shù)年;北京航空航天大學(xué)與總裝合作研制的光纖陀螺系統(tǒng),目前指標(biāo)為0.2°/hr;中國計量學(xué)院研制的分布式光纖傳感系統(tǒng),己有產(chǎn)品報道;華中理工大學(xué)與廣東某公司聯(lián)合研制的強(qiáng)電壓、大電流傳感系統(tǒng)。此外,在廣東、深圳等地,還建立了許多光纖無源器件生產(chǎn)廠家。由于光纖傳感器未能跨越產(chǎn)品化的門檻,并未象光纖通信產(chǎn)業(yè)那樣成指數(shù)型增長,許多與我們?nèi)粘I蠲芮邢嚓P(guān)的傳感器產(chǎn)品(如交通管理、警報裝置等)和大量的測試儀器依然依賴于,亟待發(fā)展的空間非常廣闊。
隨著光電子技術(shù)近年來突飛猛進(jìn)的發(fā)展,光纖傳感技術(shù)經(jīng)過二十余年的發(fā)展也己獲得長足的進(jìn)步,其主要體現(xiàn)在:
1、進(jìn)入實用化階段,逐步形成傳感的一個新的分支
不少光纖傳感器以其特有的優(yōu)點,替代或 新了傳統(tǒng)的測試系統(tǒng),如光纖陀螺、光纖水聽器、光纖電流電壓傳感器等;出現(xiàn)一些應(yīng)用光纖傳感技術(shù)的新型測試系統(tǒng),如分布式光纖測溫系統(tǒng),以光纖光柵為主的光纖智能結(jié)構(gòu);改造了傳統(tǒng)的測試系統(tǒng),如以光纖構(gòu)成的新型光譜儀;利用電/光轉(zhuǎn)換和光/電轉(zhuǎn)換技術(shù)以及光纖傳輸技術(shù),把傳統(tǒng)的電子式測量儀表改造成 的光纖式儀表等等。
2、新的傳感原理不斷出現(xiàn), 了技術(shù)的發(fā)展
例如,光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn), 了智能材料和智能結(jié)構(gòu)的發(fā)展;波長調(diào)制型光纖光柵多參量測試系統(tǒng)的出現(xiàn), 了多參量傳感系統(tǒng)的發(fā)展;光子晶體光纖(多孔光纖Photonic Crystal fiber)用于傳感的可能性 了光子晶體的發(fā)展等等。
雖然如此,光纖傳感技術(shù)的現(xiàn)狀仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際需要,還有許多有待研究的課題:
?、賯鞲衅鞯膶嵱没芯?。提高傳感系統(tǒng),尤其是傳感器的性價比;
②傳感器的應(yīng)用研究。在現(xiàn)有的成果基礎(chǔ)上,大力開展應(yīng)用研究和應(yīng)用成果宣傳;
?、坌聜鞲袡C(jī)理的研究,開拓新型光纖傳感器;
?、軅鞲衅饔霉饫w材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纖、熒光光纖、電極化光纖的研究等。
這 都需要人員不斷的努力。