光纖傳感技術經過四十多年的學術研究與技術發(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：一是光纖傳感技術已經在若干實際場景中獲得了大量應用；二是微納技術、材料技術及生物技術的發(fā)展和應用，也為光纖傳感技術提供了許多交叉感測的新方法。我國經濟的快速發(fā)展不僅為光纖傳感技術的實際應用提供了廣闊的市場，同時也助推了這一領域基礎研究的繁榮與進步。下面我們來看看光纖傳感若干關鍵技術的發(fā)展路徑。

一、我們來看看光纖傳感若干關鍵技術的發(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，具有一系列獨特的優(yōu)點，如電絕緣性能好、抗電磁干擾能力強、非侵入、高靈敏度、形狀可繞曲、耐腐蝕、防爆、容易實現對被測信號的遠距離監(jiān)控等。

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

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、旋轉光纖、瑞利散射增強光纖等。

1）抗彎曲光纖，彎曲損耗低，機械強度高，適合小尺寸振動環(huán)繞制，在光纖水聽器上有重要應用。單個水聽器很難獲得目標的詳細信息，需要布放成百上千個探測基元組成大的探測陣列，來實現對水下目標的定位與指向。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也經歷了幾何尺寸逐步減小、宏彎損耗逐步降低、彎曲機械可靠性逐步提高的發(fā)展歷程，其極限彎曲半徑已經達到了5 mm，最大宏觀彎曲損耗小于0.01 dB/turn。

2）保偏光纖，可產生強雙折射效應、可以保持某一方向線偏振的入射光束的偏振態(tài)，常應用于光纖陀螺。目前對于光纖陀螺應用領域，脫骨架小型化、高精度是發(fā)展趨勢，保偏光纖也經歷了更小幾何尺寸、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300 ℃，主要用于分布式光纖測溫系統(tǒng)，如火災監(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，會引起輻致暗化效應，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。現階段的抗輻射光纖主要從摻雜材料優(yōu)化、光纖預處理、后處理工藝等多個方向不斷地降低輻致衰減指標。

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

6）瑞利散射增強光纖，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，光纖傳感應用往往伴隨了一些特殊的應用環(huán)境。隨著我國各個行業(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域對抗輻射光纖及器件的需求等，這些需求不僅對傳感光纖的性能提高起到了促進作用，也對市場產生了強勁的拉動作用。

然而，在特種光纖應用環(huán)境中，不同的應用方向對光纖的要求各不相同，實現更高技術水平對光纖的各項指標也提出了獨特的技術要求。特種光纖在傳感領域的應用已經相當廣泛，并且在大部分領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用、細徑保偏光纖在高精度陀螺中的應用等。隨著傳感技術的更新，實際應用對各種特種光纖的指標也提出了新的要求。

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

2、光纖布拉格光柵傳感技術

光纖布拉格光柵（FBG）是業(yè)界公認的種類最多、商用化程度最高、應用領域最廣泛的一類光纖傳感技術。同其他光纖傳感技術相比，FBG的傳感信號強、精度高、響應快，不受光源波動和鏈路損耗變化的影響，抗干擾能力強；通過合理地設計與封裝，單個傳感器可達到很強的環(huán)境耐受能力，同時具有組網復用方式靈活多樣的特點。