OEA封底 |【香港理工與華中科大聯合團隊】空分復用技術帶來分布式光纖傳感新突破

2021-02-18 光電期刊

分布式光纖傳感技術可以實現長距離、分布式、高空間分辨能力的環境（如溫度、應力、振動等）參量監測。分布式光纖傳感器具有重量輕、耐惡劣環境、抗電磁幹擾等突出性能。單根傳感光纖就能取代成百上千個傳統的傳感器，因而在很多領域已經體現出了巨大的應用前景，比如大型基礎設施（橋梁、大壩、建築物等）的結構健康監測；石油天然氣管道的洩漏及損傷監測；地震、山體滑坡、路面沉降的地質災害監測；隧道、廠房的火災預警監測；以及重要設施及場地的入侵監測等。目前，分布式光纖傳感器一般採用的是普通單模光纖，存在很多局限性，比如存在著多參量交叉敏感的問題，以及具有難以實現多種技術復用等缺點，大大制約了它們在實際工程應用中的可靠性，因而亟需探索新的手段以實現多參量的可區分測量。

近年來，受到光纖通信擴容需求的驅動，以多芯光纖為傳輸載體的空分復用技術迅速發展，多芯光纖的拉制技術、相關器件（如多芯耦合器）的製備工藝也日益成熟。人們也逐漸意識到，多芯光纖將為分布式光纖傳感系統的搭建提供一個全新的平臺，這將在實現新功能以及增強原有技術性能方面帶來突破。

香港理工大學呂超教授團隊與華中科技大學唐明教授團隊綜述了基於多芯光纖的分布式光纖傳感器的研究進展。首先介紹了多芯光纖的種類，以及多芯復用/解復用器的實現方案。然後重點介紹了多芯光纖偏心纖芯的彎曲敏感特性的形成機理，在此基礎上概括了基於多芯光纖中離散及連續光纖光柵陣列的三維形狀傳感技術，涉及基本原理、解調方案、誤差來源分析、螺旋形多芯光纖的設計等。此外還介紹了利用布裡淵傳感技術實現的分布式曲率及三維形狀傳感。該綜述對各種採用多芯光纖的分布式傳感器進行了討論，總結了基於多芯光纖空分復用的分布式傳感器的兩大主要應用：一是實現多參量傳感，二是增強傳統分布式光纖傳感器的性能。結果表明，多芯光纖分布式傳感器在各種場合具有良好的應用前景。最後，文章對該領域存在的挑戰及其發展前景作了簡單的探討。

空分復用的系統結構為分布式光纖傳感的實施提供了一種全新視角，使得多種不同傳感技術的復用成為可能，而這在單模光纖中是很難做到的，這為實現先進的多參量傳感開闢了新途徑，是分布式光纖傳感應用的一大突破。

香港理工大學光電子研究中心在大容量光纖通信及光纖傳感領域處於世界領先地位。過去幾年，光電子研究中心在行業內的主流期刊及權威會議上發表了一系列有影響力的研究成果，包括若干發表在IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology上的特邀綜述論文，中心成員多次受邀在OFC會議上作特邀報告。

華中科技大學光學與電子信息學院唐明教授團隊主要從事高速光纖通信系統人工信道（物理信道以及調製/編碼信道）優化、調控及應用等方面的研究。唐教授曾獲得國家863計劃主題項目、國家優秀青年科學基金、國家自然科學基金重點項目等多項國家重大科技項目資助，目前已累計在國際權威光學與光通信學術期刊及會議上發表論文400餘篇，Google學術檢索總引用數超過3200次，H指數為27。

DOI:10.29026/oea.2020.190024

長按識別此二維碼，直達全文

相關焦點

  • EDFA在FBG傳感中的應用
    目前，FBG的復用主要分為波分復用(WDM)法， 波分復用(WDM)-在FBG傳感系統中，將N個不同中心波長的FBG
  • 分布式光纖傳感進展 第六期
    Long-distance distributed pressure sensing based on frequency-scanned phase-sensitive optical time-domain reflectometry 瑞士洛桑聯邦理工學院Li Zhang等提出一種基於特種光纖及頻率掃描的相敏光時域反射儀技術的長距離分布式壓力傳感系統
  • 光纖傳感在飛機結構健康監測中的應用進展和展望
    為適應航空航天裝備關鍵部位高精度測試、大型結構件上千點測試的特殊需求，使得高精度光纖光柵和弱反射分布式光纖光柵傳感技術成為武器裝備結構健康監測和狀態管理的核心與關鍵。1 光纖傳感系統1.1 光纖光柵原理和特點光纖光柵應變測量原理如圖1 所示，寬帶光入射光纖光柵串，每經過一個光纖光柵，就反射回與其中心波長對應的窄帶光，而光纖光柵的中心波長隨其應變狀態發生偏移，通過對回光波長的檢測來獲得對應光纖光柵測點的應變變化。光纖光柵串由一系列不同中心波長的光纖光柵組成，採用波分復用技術來實現高效的應變測量[4]。
  • 2021 中國光纖傳感大會(OFS-China 2021)(第一輪通知)
    方向1 「光纖陀螺技術」 Optic Fiber Gyro1.1 微納結構光學陀螺  Micro/nanostructured Optic gyro1.2光纖陀螺新方案和新技術 New scheme and technology for Optic fiber gyro1.3 光纖陀螺集成技術  Integrated
  • 光纖光柵傳感器技術
    隨後，美國聯合技術研究中心的G·Meltz等人實現了光纖Bragg光柵(FBG)的UV雷射側面寫入技術，使光纖光柵的製作技術實現了突破性進展。 光纖光柵定義及分類光纖光柵是利用光纖中的光敏性製成的。所謂光纖中的光敏性是指雷射通過摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發生相應變化的特性。
  • 【先進測量技術】光纖光柵在航空結構健康監測中的應用前景
    光纖光柵傳感作為一門快速發展的新型傳感技術，具有精度高、體積小、重量輕、波分復用、壽命長、可靠性高、耐腐蝕、傳輸距離長等優點，可實現應力應變、溫度、力、加速度等多種參量的測量，在飛機、艦船、發動機等重大裝備的機載化測試以及地面綜合測試中具有重大的應用前景，基於光的測量正在逐步成為航空試驗測試技術發展的重要趨勢。
  • 深度解讀光纖傳感器
    光纖傳感器技術熱點 當前光纖傳感器的研究熱點集中於光纖光柵（FBG和LPG）型傳感器和分布式光纖傳感系統兩大板塊。 FBG型光纖傳感器自發明之日起，已走過了原理性研究和實驗論證階段。目前成熟的FBG製作工藝已可形成小批量生產能力，而研究的焦點也轉向解決高精度應用，完善解調和復用技術，以及降低成本等幾個方向上。另一方面，由於光纖傳感器具有將傳輸與傳感媒質合而為一的特性，使得沿布設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點。
  • IEEE Sensors Journal:新型光纖光柵加速度傳感器可實現寬頻帶高解析度振動測量
    ，齊魯工業大學（山東省科學院）雷射研究所王昌研究員團隊近日提出一種新型光纖光柵加速度傳感器結構，突破了傳感器靈敏度和諧振頻率的相互制約，實現了高品質因數的光纖光柵加速度傳感器，並利用窄帶寬的光纖光柵和相干解調，實現了寬頻帶高解析度的加速度測量，為光纖光柵加速度傳感器的實際應用提供了一種新型方法。
  • 光纖傳感器研究
    準分布式光纖傳感器的優點是能夠進行同時多點傳感，是光纖傳感的一個重要發展趨勢。然而，目前的準分布式光纖傳感器能夠同時傳感的點位數量是有限的。分布式光纖傳感器整根光纖都屬於敏感元件，光纖既是傳感器，又是傳輸信號的介質，適用於檢測結構的應變分布。例如應用於土木工程中的大型結構，可以快速、無損地測量結構的位移、內部或表面應力等重要參數。
  • 光纖光柵傳感器的應用
    是能實現遠距離和密集排列復用傳感的寬帶、高網絡化傳感器，因此波長復用能力極強的光纖光柵傳 感器最適合於船體檢測。光纖光柵傳感系統可測量船體的彎曲應力，而且可測量海浪對溼甲板的抨擊力。具有幹涉探測性能的16路光纖光柵復用系統成功實現了帶 寬為5kHz範圍內、解析度小於10ne/(Hz)1/2的動態應變測量。　　另外，為了監測一架飛行器的應變、溫度、振動，起落駕駛狀態、超聲波場和加速度情況，通常需要100多個傳感器，故傳感器的重量要儘量輕，尺寸儘量小，因此最靈巧的光纖光柵傳感器是最好的選擇。
  • 光纖通信常用中英文對照大全
    Service Area FSA 光纖到家 Fiber To The Home FTTH 光纖到路邊 Fiber To The Curb FTTC 光纖到遠端 Fiber to the Remote FTTR 光纖的 Fiber-optic 光纖放大器 Optical Fiber Amplifier 光纖分布式數據接口
  • 【成果推薦】萬瓦級超高功率光纖雷射系統集成技術...
    √新材料及精細化工成果概述基於長距離分布式側面泵浦技術原理，製備泵浦增益一體化複合功能雷射光纖，以萬瓦級超高功率光纖雷射系統集成技術為核心，研發並生產三大類光纖雷射光源產品：單纖3~20kW工業連續光纖雷射器及其集成模組、單纖5~10kW窄線寬光纖雷射器和單纖30~50kW超高功率光纖雷射器，將被廣泛應用於工業加工和國防軍事建設中
  • 港理工科學家發明近傳感器計算與傳感器內計算技術,讓邊緣計算更「輕快穩健」 | 專訪
    這等於章魚擁有 「多個小腦 + 一個大腦」，這樣的分布式結構使得它在捕獵時非常敏捷，腿部得到信號即可就近捕獵。 圖 | 章魚（來源：IC photo）而邊緣計算的結構和章魚很相似，它是一種分布式計算，得到信息後無需把大量數據上傳到遠端管理平臺，直接可以就近處理。而說到邊緣計算，就不得不提傳感器。
  • InP技術集成的EML發射器件
    將介紹分別設計用于波分復用和空分復用的擴展EML晶片。對於雙極化傳輸，已經引入了新穎的與EML相關的發射機以及相應的接收機PIC。後一種器件是在通用PIC平臺上製造的，該平臺可用於開放式鑄造服務。 介紹 在過去的十年中，光子集成電路（PIC）一直在發展，已從研究階段發展到商業階段。
  • 科大訊飛公布2019年作戰計劃:戰略聚焦,管理變革,效益起飛
    訊飛人追夢A.I.的2018年是實現自我突破的一年，也在挑戰與機遇中更加懂得途經偉大將要面對的磨難。2018已成往事，劉慶峰帶領團隊已為2019點出關鍵：科大訊飛人工智慧戰略進入2.0時代。在規模深耕期，訊飛將以戰略聚焦為抓手，以團隊奮鬥為根本，「七劍」齊發、劍指效益。
  • 深耕基礎技術 助力武器裝備發展 ——記航空基礎技術砥礪奮進的五年
    高精度複雜衝擊復位技術和長航時高精度導航技術使靜電陀螺導航平臺的導航精度達到國際先進水平。持續拓展新技術新專業，在仿生材料與結構製造、複合材料自修復、結構功能一體化傳感、超材料等領域開展了探索性研究，並取得顯著的技術進展。
  • 少模光纖光柵
    二.少模光纖的研究背景和意義:隨著對光學系統需求的增加，SMF 構成的系統容量已經接近了非線性通信道的應用極限，對於信道容量的更大需求使我們必須找出新的傳輸模式。為了滿足實際需要，研究人員想到了拓寬 SMF 的纖芯尺寸，而 FMF 就是在這種情形下被研發出來的。
  • 光纖通信簡史
    美國康寧公司康寧公司第一個實現了與理論一致的結果，並突破了高錕所提出的每公裡衰減20分貝（20dB/km）關卡，證明光纖作為通信介質的可能性。這些技術上的突破，使得第三代光纖通信系統的傳輸速率達到2.5Gb/s，而且中繼器的間隔可達到100公裡。第四代光纖通信系統引進光放大器（optical amplifier），進一步減少中繼器的需求。另外，波分復用（wavelength-division multiplexing, WDM）技術則大幅增加了傳輸速率。