2017年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網絡及其子系統(tǒng)、無源和有源光子器件、光傳輸、光調制與光信號處理、光纖技術，筆者將逐一評析。
光網絡及其子系統(tǒng)
    來自中國武漢華中科技大學數(shù)字制造裝備與技術國家重點實驗室的科研人員，分析了基于白光干涉（WLI）設計的新型原子力顯微鏡（AFM）測量納米級表面的數(shù)據。在應用中，基于AFM探針位置的光束偏轉（OBD）技術被取代，科研人員重點對探針懸臂表面的白光干涉條紋進行了位置分析。他們設計了探針調節(jié)方法，提出了一種基于小波變換和希爾伯特變換以精確定位零級條紋的算法，并且開發(fā)了用于探針懸臂表面干涉條紋位置識別與探頭垂直位移的校準方法。上述方法的應用過程中，將白光干涉高垂直分辨率的優(yōu)點與用于納米分辨率表面測量的原子力探針高水平分辨率的優(yōu)點進行了有機結合�？蒲腥藛T實驗驗證了AFM測量探頭的可行性和準確性。與商用AFM相比，標準光柵的3D測量結果證明，設計的AFM探頭其測量速度快22％。

 
圖1 基于白光干擾的AFM探頭結構示意圖

    來自波蘭華沙理工大學物理學院、電器和電子工程師協(xié)會的科研人員指出，在過去幾年中，人們越來越重視基于微結構的光射流波導領域，特別關注通過用光子晶體纖維填充流體而產生波導的過程�？蒲腥藛T利用光子晶體光纖與各向同性和各向異性液體的滲透過程，分析了光子晶體光纖傳感器的溫度、壓力、電/磁場和折射率等傳感特性及其相關應用。
    來自南京航空航天大學光子學雷達成像與微波重點實驗室的科研人員通過研究指出，微波測量過程是通過獲取微波信號的參數(shù)或者是對物體特性的識別來實現(xiàn)的。由于現(xiàn)代光子學所提供的寬帶寬和高速度優(yōu)勢，光子學領域的微波測量過程可以在帶寬和速度方面提供更好的應用特性，這是使用現(xiàn)有電子學技術所無法實現(xiàn)的�？蒲腥藛T討論了基于光子學的寬帶和高速微波測量技術的實現(xiàn)方法，重點分析了微波信號參數(shù)測量和物體屬性識別的系統(tǒng)架構，并討論了相關新興技術和未來可能的研究方向。
    來自法國巴黎大學、巴黎電信科技公司的科研人員研究指明，布里淵分布式光纖應變傳感過程是基于需要很長采集時間的頻率掃描技術而實現(xiàn)，因此常局限于靜態(tài)范圍。動態(tài)分布式應變監(jiān)測對于確保線性結構對疲勞載荷或振動的完整性是必要的，例如針對海底立管或輸油管線、高架管線、長橋、鐵路或高層塔樓的動態(tài)監(jiān)測過程。科研人員設計了一種基于斜率輔助（SA）方法的單端分布式應變測量應用的動態(tài)布里淵光時域反射計（dynamic-BOTDR）。該功率計通過調整本地振蕩器頻率，能實現(xiàn)沿光纖分布的布里淵增益譜在最大斜率處的布里淵背向散射功率測量過程�？蒲腥藛T指出：任何引起布里淵頻移應變的過程都將通過幅度變化過程來檢測。科研人員還采用三根光纖沿著10米的鋼管實施振動已完成模型測試過程，并實時測量了管道的振蕩阻尼時間和幾何位移（采集速率為7.6Hz，應變誤差為±40μstrain，空間分辨率為1m）。從縱向應變積分過程來分析，管道位移的計算誤差為±12mm�？蒲腥藛T還采用2km長度的光纖傳感器來比較頻率掃描和斜坡輔助方法的性能差異。
無源和有源光子器件
    來自希臘激光研究所的科研人員研究表明，基于光纖的生物傳感器是一個新興的研究領域，它具有極其廣闊的應用領域和顛覆性的應用潛力。在過去幾年中，科研人員對各種相關系統(tǒng)應用的進行了選擇性探索（從感測光纖的類型到光學傳感元件，再到可能的傳感放大策略實現(xiàn)）�？蒲腥藛T根據發(fā)表的文獻和研究經驗，比較分析和修正了若干設計生物傳感器的方法，指出了它們的應用優(yōu)勢和缺點。科研人員討論的焦點主要集中在DNA傳感系統(tǒng)，特別是在無標記模式下，研究了尋找DNA序列的問題。
    來自韓國釜山國立大學機電工程系的科研人員，提出了一種通過線場掃描源干涉儀測量透明樣品厚度和折射率分布的新方法。在這項研究中，通過使用線場光束代替點聚焦光束，并采用800nm中心區(qū)域的新型掃頻源組合器件和基于1024像素的硅電荷耦合器件（CCD）檢測器，測量沿線場分布的多種干擾現(xiàn)象。當透明樣品的厚度不均勻或折射率不均勻時，可在光照區(qū)域同時測量兩個參數(shù)的整體分布。使用四種類型透明樣品的情況下，通過使用36 Hz的掃描光源和36 kHz的 CCD掃描檢測器，在27ms的單波長掃描時間內，科研人員準確測量了每組樣品的厚度和折射率分布（其中每組樣品是由兩個單獨的樣品配對而成）。
    來自日本神奈川縣相模原斯倫貝謝公司的科研人員指出，石油和天然氣勘探過程中有各種各樣的傳感裝置能被應用。這些傳感器必須在極有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中工作（例如高溫高壓）才具有現(xiàn)實應用價值。由于電子技術的成熟應用，大部分傳感器都是基于電子元件制備的，少數(shù)光學傳感器只成功地用于沒相關特定測量領域。因此，科研人員引入了分布式光學傳感器并進行了井下光學光譜的分析，以探索其獨特的油氣勘探測量過程中的應用價值。
來自美國克利夫蘭格倫研究中心美國國家航空航天局的科研人員，報道了一種小巧便攜的動態(tài)光散射（DLS）儀器的設計，構造，裝配和測試過程。該儀器集成了最新的固態(tài)光子學技術，能應用于活體動物的眼睛（從眼角膜到視網膜的眼部流體和組織）仿真過程。
    來自肯特大學工程與數(shù)字藝術學院的科研人員，設計了一種基于光時域拉伸頻域反射（OTS-FDR）的全分布線性啁啾光纖布拉格光柵（LCFBG）應變傳感器，其時間和空間分辨率都比較高，并對其進行了實驗驗證。與普通的均勻光纖光柵相比，LCFBG具有更長的光柵長度和更寬的反射帶寬，對于全分布式傳感器的使用而言具有可觀的應用前景。在科研人員設計的系統(tǒng)中，兩個LCFBG被用在邁克爾遜干涉儀的配置中，其中一個光柵用作參考光柵，而另一個用作感測器件。在形成寬帶譜干涉圖中，可以看到應變信息編碼在與波長相關的自由光譜范圍（FSR）內實現(xiàn)。而色散引起的時間拉伸過程能實現(xiàn)超快檢測過程，使得目標光譜干涉圖被有效映射，從而完成單像素光電探測器實時捕獲的時間干涉波形。由于高速數(shù)據采集過程的事項，相關裝置也獲得了高空間分辨率。在實驗中，科研人員證明了具有各種應變分布的全分布光柵傳感器的超快實時檢測過程；并最終實現(xiàn)了達50MHz的超快速測量速度，和在25mm的測量長度和9.1μ的應變分辨率下31.5μm的高空間分辨率。

光傳輸
    來自武漢理工大學光纖傳感技術國家工程實驗室的科研人員提出了一種基于頻移干涉（FSI）過程的新型光纖振動傳感系統(tǒng)。該傳感器是基于彎曲光纖傳輸過程中光頻率振動多普勒頻移現(xiàn)象制備的。與傳統(tǒng)的光纖布拉格光柵（FBG）振動傳感器相比，該傳感器制作簡單，成本低，無方向依賴性。FSI解調過程能應用于測量靈敏度，并且由于其具有路徑干擾特性，故有優(yōu)越的信號傳輸穩(wěn)定性。采用FSI系統(tǒng)測得的多普勒頻移與由應變測量得出的計算結果非常吻合。實驗研究結果表明，該系統(tǒng)靈敏度高，頻率范圍寬，在實驗中僅受勵磁裝置的限制。
 
圖2  FSI解調振動感測示意圖
    來自英國愛丁堡龍比亞大學工程與建筑環(huán)境學院、英國倫敦大學數(shù)學計算機科學與工程學院的科研人員研究表明，測量混凝土下水道的腐蝕速率需要考慮環(huán)境中的濕度，因此其測量的精確度至關重要。科研人員試圖引入一種新的方法達到這個要求，并對現(xiàn)有的基于光纖布拉格光柵（FBG）的濕度傳感器進行了現(xiàn)場評估，在引力污水渠長時間處于高濕度和硫化氫氣體侵蝕的條件下，測定了傳感器的響應性和穩(wěn)定性。在水道條件下，使用校準和可重復的峰值波長位移來響應濕度變化，該探頭中的臨界濕度監(jiān)測元件是基于濕度敏感的聚酰亞胺涂層FBG制備的。為了使設備在惡劣環(huán)境中更好工作，科研人員使用不同的材料對兩個不同的探頭組件進行分別設計，從而使得設備在惡劣環(huán)境中具有長期工作的耐久性。設計評估探頭的目的是為了實現(xiàn)對濕度較好的靈敏度，并保護傳感元件免受侵蝕性環(huán)境的影響，避免放置在下水道中的電子傳感器失效，且可以用于交叉比較。在五個月的時間內，科研人員對原封的傳感器進行了全面評估，考慮到傳感器常遭受高濕度影響，其中濕硫化氫氣體的含量不同，因此在對傳感器性能進行交叉比對時，使用傳統(tǒng)電傳感器配置的光纖傳感器性能更勝一籌。研究結果表明，光纖傳感器長期應用于惡劣環(huán)境時，其濕度測量過程是必須的。
 

圖3 單傳感器探頭的實驗校準裝置示意圖
光調制與光信號處理
    來自中國沈陽東北大學信息科學與工程學院的科研人員，結合光子晶體（PC）腔優(yōu)良的諧振特性和馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）的良好解調性能，設計了一種基于液晶（LC）滲透PC腔的小型化高靈敏度電場傳感器。當施加外部電場時，由于電光效應，LC的折射率將會改變，因此PC腔的相應諧振波長也將改變。通過檢測MZI的輸出強度，來監(jiān)測PC腔透射光的波長偏移，從而實現(xiàn)對外部電場的檢測�？蒲腥藛T采用時域有限差分（FDTD）方法對PC腔的波長靈敏度進行分析和優(yōu)化，計算出MZI輸出強度與外電場的線性關系。實驗結果表明，電場的準線性測量可以達到7nW / V / m的高靈敏度和0.143V / m的檢測極限。
 

圖4 基于LC滲透PC腔的電場傳感器的結構圖
    來自加拿大渥太華大學電子工程與計算機科學學院，微波光子學研究實驗室的科研人員研究指明，光電子振蕩器（OEO）可用于實現(xiàn)高速和超高分辨率的光學傳感過程。其基本思想是將光域中被測波長變化，轉換為微波域中由OEO生成的微波信號的頻率變化。由于微波信號的頻率可以由數(shù)字信號處理器進行高速和高分辨率測量，所以基于OEO的光學傳感器能夠提供高速和超高分辨率的光學詢問�？蒲腥藛T討論了基于OEO的光學傳感器的應變、溫度或橫向負載傳感能力。實現(xiàn)基于OEO的光學傳感器關鍵在于，設計中心頻率有效的通帶微波光子濾波器�？蒲腥藛T還研究討論了采用微波光子濾波器實現(xiàn)OEO光學傳感的技術。
    來自杭州浙江大學航空航天學院的科研人員，對無源光學環(huán)形諧振腔陀螺儀（OPRG）的發(fā)展和評估進行了重要的評述�？蒲腥藛T對OPRG中遇到的寄生噪聲源有了相應的對策，其寄生噪聲源包括后向散射、背向反射、偏振誤差、非線性克爾效應和激光頻率噪聲�？蒲腥藛T在OPRG中研究出了一個可行的新操作方案， 并且解決了OPRG中復雜度高的數(shù)字信號處理問題。
光纖技術
    來自意大利摩德納大學和雷焦艾米利亞大學工程部的科研人員研究表明，激光二極管自混合干涉測量是廣泛應用于工業(yè)和實驗室的非接觸式技術�？蒲腥藛T提出了一種類似超發(fā)光二極管一樣將自混合方法擴展到低相干源的技術，同時采用了基于單模尾纖超發(fā)光二極管的光纖共軌干涉儀。他們研發(fā)的測量系統(tǒng)已被證明能夠實現(xiàn)管道流量測試。據科研人員所知，這是首次通過單臂自混合尾纖超發(fā)光二極管進行的流量測量過程。測量系統(tǒng)利用了通過從管壁的內側面反射的光和由移動顆粒反向擴散的光產生的多普勒干涉圖樣，在靠近管壁固定、明確的區(qū)域內，使用低相干源測量散射粒子速度，從而完成對散射體濃度的變化魯棒性的檢測，并估計層流假設下的流動過程。實驗研究結果表明：當流動范圍在1 cm3/s至15cm3/s（散射體積濃度范圍在0.015％〜0.36％范圍內），上述技術可提供較高的線性度（99%皮爾森系數(shù)）和高靈敏度的測試。
    來自埃及沙姆斯大學工程學院電子與通信工程系的科研人員認為光學相干域偏振（OCDP）是利用非相干光并基于邁克爾遜干涉過程實現(xiàn)的�？蒲腥藛T設計了一種利用單模光纖環(huán)鏡（FLM）（薩尼亞克環(huán)）下的保偏（PM）邁克爾遜光纖干涉儀，來取代傳統(tǒng)的自由空間反射鏡OCDP系統(tǒng)。此系統(tǒng)的實施具有很好的環(huán)境魯棒性，并減輕了降低溫度和振動效應所需的大部分并發(fā)負面效應。他們將壓電換能器（PZT）插入到干涉儀的一個臂中并在其共振附近驅動，采用上述方法可以在被測器件中進行極化耦合的詳細測量�？蒲腥藛T給出了一種基于泡利矩陣代數(shù)的分析模型，討論了由于組件缺陷而產生的副作用。實驗研究結果證明：PZT中的偏振耦合對OCDP輸出具有極大的副作用�？蒲腥藛T測量了兩種長度分別為20μm和150μm的保偏光纖，并成功測量了新系統(tǒng)中被測光纖的分布式偏振模耦合、組雙折射和群雙折射色散效應。

圖5 采用寬帶摻鉺光纖放大器光源的光纖邁克爾遜干涉儀進行的分布式偏振耦合測量OCDP
    來自深圳大學光電工程系光電器件重點實驗室的科研人員，提出了一種利用長周期光纖光柵搜索和確定光纖參數(shù)的新方法�？蒲腥藛T刻蝕了不同長度的光柵以測量相位匹配曲線。他們還通過計算光纖模式的有效折射率，找到理論相位匹配曲線。在研究過程中，科研人員通過改變光纖參數(shù)值，使得實驗相位匹配曲線和理論相位曲線之間的差異最小化。當兩者差異最小化時，光纖參數(shù)也就同時得以確定。
    來自廣東省光纖傳感重點實驗室、暨南大學光電技術研究所的科研人員，設計并實驗驗證了一種新型的電場強度傳感器。該傳感器利用傾斜的光纖布拉格光柵（TFBG）與液晶相互作用的過程制備。TFBG外層包覆有效折射率在1.53〜1.70范圍內的液晶，以響應外部電場強度的變化。TFBG中受激包層模的引導性對外部電場非常敏感。科研人員通過監(jiān)測選定包覆模式共振的振幅，測量了在1.0 kV/ cm到4.8 kV/ cm范圍內的電場強度。該傳感器的靈敏度為0.287dB/kV/cm，線性度優(yōu)于99%；應用TFBG傳感器還可以有效降低溫度引起的交叉靈敏度變化。
    來自廣州暨南大學光電子技術研究所、加拿大卡爾頓大學電子系的科研人員，指出光纖布拉格光柵（FBG）本質上對溫度、軸向應變和壓力敏感，可以通過監(jiān)測反射/透射功率譜中的布拉格波長的變化過程來測量。當檢測光的偏振時，F(xiàn)BG傳感器能獲得更多附加傳感模式。為了使偏振效應產生作用，光纖的圓柱對稱性必須由光纖本身的結構、光纖光柵的結構或被測量的攝動來施加影響。偏振控制過程能感測空間取向的參數(shù)（例如橫向力、彎曲或扭曲等），并且還能用于測量各向異性介質的性質。此外，偏振控制能夠應用于高質量全光纖表面等離子體共振（SPR）FBG傳感器和LSPR輔助傳感器的制備。科研人員今后還將研究光纖光柵偏振測量理論與相關實驗�？蒲腥藛T指出，表面等離子體激元共振（SPR）光纖傳感器的成本耗費低且構造簡單，能在棱鏡配置中實現(xiàn)高靈敏度生化和電化學測量，并具有小型化和遠程操作的優(yōu)點�？蒲腥藛T在難以到達的空間中進行單點傳感后發(fā)現(xiàn)，光柵輔助和偏振控制是光纖SPR傳感器實現(xiàn)極高靈敏度和檢測極限的兩個關鍵特性。他們設計的生物傳感器是采用納米金屬涂層傾斜光纖布拉格光柵（TFBG）印在單模光纖芯上實現(xiàn)的，沒有進行其余結構的修改。該類型傳感器的制備利用了高密度窄包層模式光譜梳的附加諧振機制，可實現(xiàn)表面等離子體激元的廣泛吸收重疊過程。