空分复用技术带来分布式光纤传感新突破

分布式光纤传感技术可以实现长距离、分布式、高空间分辨能力的环境（如温度、应力、振动等）参量监测。分布式光纤传感器具有重量轻、耐恶劣环境、抗电磁干扰等突出性能。单根传感光纤就能取代成百上千个传统的传感器，因而在很多领域已经体现出了巨大的应用前景，比如大型基础设施（桥梁、大坝、建筑物等）的结构健康监测；石油天然气管道的泄漏及损伤监测；地震、山体滑坡、路面沉降的地质灾害监测；隧道、厂房的火灾预警监测；以及重要设施及场地的入侵监测等。目前，分布式光纤传感器一般采用的是普通单模光纤，存在很多局限性，比如存在着多参量交叉敏感的问题，以及具有难以实现多种技术复用等缺点，大大制约了它们在实际工程应用中的可靠性，因而亟需探索新的手段以实现多参量的可区分测量。

香港理工大学吕超教授团队与华中科技大学唐明教授团队综述了基于多芯光纤的分布式光纤传感器的研究进展。首先介绍了多芯光纤的种类，以及多芯复用/解复用器的实现方案。然后重点介绍了多芯光纤偏心纤芯的弯曲敏感特性的形成机理，在此基础上概括了基于多芯光纤中离散及连续光纤光栅阵列的三维形状传感技术，涉及基本原理、解调方案、误差来源分析、螺旋形多芯光纤的设计等。此外还介绍了利用布里渊传感技术实现的分布式曲率及三维形状传感。该综述对各种采用多芯光纤的分布式传感器进行了讨论，总结了基于多芯光纤空分复用的分布式传感器的两大主要应用：一是实现多参量传感，二是增强传统分布式光纤传感器的性能。结果表明，多芯光纤分布式传感器在各种场合具有良好的应用前景。最后，文章对该领域存在的挑战及其发展前景作了简单的探讨。

一种七芯光纤的横截面示意图

空分复用的系统结构为分布式光纤传感的实施提供了一种全新视角，使得多种不同传感技术的复用成为可能，而这在单模光纤中是很难做到的，这为实现先进的多参量传感开辟了新途径，是分布式光纤传感应用的一大突破。