坚持协同创新之路让光纤传感技术更好地服务祖

科学之路没有平坦大道，只有不畏劳苦勇于攀登的人，才有希望到达光辉的顶点。何祖源作为上海交通大学讲席教授，一直担任电子工程系主任，多年致力于光纤传感与特种光纤、光信号处理等方面的研究，以科学家的精神引领着创新之路。如今，上海交通大学智能光子学研究中心在何祖源教授带领下，日益壮大，创造着更多的“从无到有”。

其中，国家重点研发项目“先进光纤传感材料与器件关键技术及应用”就是由何祖源教授牵头，于2017年8月获批，属于战略性先进电子材料主题，由国家科技部高技术研究发展中心组织和指导实施。项目从材料、器件、系统到应用示范全链条创新角度进行了分解，设置五个研究课题，分别为“传感光纤材料与器件”“高精度光纤传感器件”“阵列式光纤传感系统”“分布式光纤传感器系统”和“光纤传感系统应用示范”，是国家重点研发计划当中光纤传感领域获得立项的唯一综合性项目。

2019年6月，项目中期检查汇报会合影。（地点：武汉理工大学）

该项目集中了来自高校、科研院所和高科技企业的17家国内光纤传感领域优势团队，为突破光纤传感技术进一步发展所面临的特种光纤材料瓶颈问题，研制高精度、多参量、高密度、大范围、恶劣环境下的光纤传感器，掌握光纤光场与环境参数敏感耦合的同步检测技术，推动核心器件和光纤传感器技术进步，促进光纤传感产业化发展，提升智能传感与检测领域的技术水平。在整个实施过程中，项目团队始终坚持不断创新，以实用化、产业化为最终目标，为国家重大项目及关键领域建设提供强有力的支撑。

传感光纤材料与器件

专注科研，勇于探索，凭借执着的好奇心、事业心取得突出成就的杨明红，是传感光纤材料与器件课题组的负责人。杨明红作为武汉理工大学研究员，教育部新世纪优秀人才入选者，湖北省自然科学基金创新群体负责人，国家杰出青年基金获得者，还发表学术论文160余篇，并荣获国家和省部级奖励3项。

其中，连续光栅阵列传感光纤，是在光纤拉丝过程中对光纤进行在线光栅刻写，再对连续光栅传感光纤进行涂敷、固化、收盘等操作，因为制备效率较高，可以在光纤上制备一万个以上的光栅，距离可以长达几公里到几十公里，且光栅的反射波长和3 dB带宽具有较高的一致性。通过快速切换相位掩膜板，可实现多波长光栅的制备，即波分复用的光纤。光纤传输损耗0.302 dB/km，抗拉强度52 N。通过控制写制弱光栅的工艺，光栅的反射率比瑞利散射光的强度高两个数量级以上，因此系统在兼顾传感距离的同时具有信噪比较高的优势。再利用波分复用、时分复用和空分复用技术实现阵列光栅的大规模组网。课题成果“大容量低损耗阵列光纤光栅动态制备关键技术与应用”荣获2019年度国家技术发明奖二等奖。

图(a)是4卷连续光栅传感光纤样品，每卷2500个光栅以上，总计实现10,000个以上的连续光栅；(b)是用4通道的解调仪检测；(c)用于振动测试结果，可以看出对振动有良好的响应效果。

高精度光纤传感器件

火车跑得快，全靠车头带。高精度光纤传感器件课题是由何祖源教授亲自带领，主要承担具有超高测量精度的光纤压力传感器、光纤加速度传感器和光纤形变温度传感器件的研制任务，提升我国在高精度光纤传感器件领域的技术水平，为光纤传感技术从实验室走向产业应用保驾护航。

该课题基于新型光纤传感机理，开发出了超高精度多通道光纤应变和温度传感系统。该系统由一台解调仪主机与多组四分量应变张量传感探头构成，解调仪主机安置在机房内，时分复用分光箱与四分量光纤传感器安装在测试点。该设备可同时对最多40个传感探头进行探测，应变分辨率优于10-10，温度分辨率优于10-4℃。该传感器设备在四川省甘孜藏族自治州康定县燕子沟地震台站进行了地壳应变张量的现场观测实验，利用一组米字形布设的应变传感探头，观测到了清晰的固体潮信息和多次地震信号，验证了该超高精度光纤应变传感器的性能，为地球与海洋科学研究特别是地震科学研究，提供有效的观测工具和技术手段。

同时，该课题也完成了基于光纤的高精度加速度传感器样机的开发，包括光纤加速度传感器、信号采集与解调电路以及解调软件等部分，其中，光纤加速度传感器主要实现振动信息的高精度探测，并将其转化为干涉光信号输出，其按照对称结构的原则进行设计，将两个传感光纤环对称地粘接在弹性盘片上下表面，使两路传感光纤可感知相同的温度变化，以增加光路系统在封装结构内的温度稳定性，从而完成光纤加速度传感器的温度稳定与补偿抑制。该加速度传感器系统具有动态范围大、灵敏度高、测量带宽宽等优点，在0.1～120 Hz的工作频段内，动态范围超过140 dB、测量分辨率优于30 ng/Hz1/2。

文章来源：《上海交通大学学报》 网址: http://www.shjtdxxb.cn/qikandaodu/2021/0623/770.html