光纤激光器和放大器是当前国际上激光领域的研究热点，也是我们的一个重要研究方向。光纤激光器和放大器是现代光通信的产物，是随着光纤及通信技术的发展而崛起的一门崭新技术。由于光纤激光器件与传统的固体激光器件相比，具有低阈值、高效率，稳定性和耐热性能好，结构简单紧凑、重量轻，容易实现、性能价格比高，易于小型化、易于维护等明显优势，它已广泛应用于光通信、工业加工、军事和国防、激光医疗、光纤传感、微波产生等诸多领域。 密集波分复用（DWDM）、光纤入户中有线电视（CATV）网络以

光纤传感技术分布式光纤辐照检测技术，对核爆炸中核辐射剂量进行检测，光纤光缆可对探测区辐照剂量进行连续监测；石油勘探、石油输送过程中分布式光纤声波检测技术，光纤可实现对不同位置外声场的变化实时监测。

光纤传感技术工程研究中心于 2002 年由山东大学与美国 STEVENS 理工学 院联合成立。成立以来一直得到了学校重点发展学科建设资金的支持。目前拥 有教授、博士生导师 8 人、副教授及其他拥有博士学位的年轻教师 6 人、博士 研究生 8 人、硕士研究生 20 人，具备雄厚的科研实力和工作基础。开发的产品 主要应用与煤矿电力及大型土木建筑，主要产品： 光纤光栅温度传感器、光纤光栅应力传感器、光纤光栅振动传感器 （矿用）光纤瓦斯传感器，光纤一氧化碳传感器 分布式光纤温度传感器、分布式光纤应力传感器 光纤光栅传感解调系统 光纤传感网络解调仪

南开大学在“863”计划项目、市科技攻关项目和国家自然科学基金支持下，光纤光栅传感技术与应用课题组取得诸多创新性研究成果。如成功构建了可编程、微位移光纤光栅写入设备，并成功研制出高性能国产化光纤光栅；以光纤光栅作为传感基本元件，利用其波长编码与温敏力敏等优良特性，采用独特的材料和工艺进行封装，创新性地设计并开发出多种光纤光栅传感技术以及系列器件；研制和开发具有多参数、多功能、分布式的全光纤光子传感网络系统；同时，构建多光纤光栅线阵、面阵及体阵等多种拓扑结构，将光纤光栅传感器网络布设于高层建筑用于对

本反射式强度调制型光纤传感器具有耐高温、耐高压、灵敏度高以及不受电磁干扰等诸多优点，能够在强磁场环境、高温环境、非导磁性转子等环境下工作。 可用于旋转机械位移、油膜厚度等的非接触在线测量，也可应用于航天、航空中 微小间隙的非接触测量。

可以量产/n该项目的特点是：1、全光纤传感、传输；2、本质无源；3、可用于高温高压恶劣环境；4、使用寿命长（>20 年）；5、灵敏度高；6、信号可长距离传输。市场预期：国内目前从事光纤传感器研发和生产的企业在不足30家，总年产值在千万量级。而光纤传感器全世界的年产值在几亿美元。光纤传感器的市场份额在不断增加，其增长速度远高于传感器行业的平均增速。目前在国内的主要应用领域包括石化管道的监测、土木工程监测、以及军用传感器。

本成果重点开展多材料集成的特种传感功能光纤、微纳尺度及高性能光纤传感器研究，重点开展半导体、晶体、金属、纳米粒子材料混合集成传感功能光纤制备、三维微结构光纤传感器件等理论和核心技术研究，在电力系统特种传感光纤技术方面达到国际领先水平，实现了从“传感机理”到“特种光纤研制”、“关键传感器件”再到“光电探测系统”及“工程化应用技术”的原创性整体突破。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 针对高温、高压、强辐射等恶劣环境及微纳尺度环境的微弱多参量检测中的关键科学问题，本成果重点开展多材料集成的特种传感功能光纤、微纳尺度及高性能光纤传感器研究，重点开展半导体、晶体、金属、纳米粒子材料混合集成传感功能光纤制备、三维微结构光纤传感器件等理论和核心技术研究，在电力系统特种传感光纤技术方面达到国际领先水平，实现了从“传感机理”到“特种光纤研制”、“关键传感器件”再到“光电探测系统”及“工程化应用技术”的原创性整体突破。 针对高压局部放电微弱荧光可靠探测难题，首次提出了铈铽掺杂石英荧光光纤传感技术，研制出铈铽共掺荧光增强石英光纤，解决了荧光探测灵敏度低、传感材料可靠性差的问题。针对高压环境下高灵敏温度探测难题，首次提出了硫化铅纳米掺杂温敏传感光纤技术，并研制出高灵敏度光纤光栅温度传感器，实现了对电力系统关键装备的在线监测及故障预警。研制出高压电缆及关键设备的局部放电在线监测系统，攻克了信号衰落误报、局部放电声发射信号增敏检测等难题。

基于光纤传感的工程结构长期监测技术方法，解决了长大线状结构全寿命周期的长期、实时、在线监测

光纤分布式声波检测技术（DAS）在油气勘探领域的地面地震波检测、井中地震波检测、井中分布式垂直地震剖面（VSP）数据获取、水力压裂的安全监测与改善，长距离油气管道的安全与泄漏监测，周界安防与侦听、大型结构健康监测等领域有着广泛的应用前景。 （1）在石油开采监测的应用方面。光纤分布式声波检测技术在超高密度地面/井中地震波数据采集领域是一项革命性的新技术。在实现高效采集的同时，可大大降低生产成本；光纤分布式声波检测技术将部分替代常规地震波检测技术；应用于地面的分布式高密度地震波采集、井下VSP数据采集和改善水力压裂的监测。 （2）在长距离管线安全监测的应用方面。光纤分布式声波传感（DAS）系统可用于长距离石油管道、市政地下综合管线、地埋输电线缆等的入侵监测。该系统可以检测，定位并区分第三方入侵事件，提供长距离、无源、实时、在线、智能的管线监测技术。 （3）在油气管线泄漏监测的应用方面。光纤分布式声波检测技术可用于石油、天然气等管道泄漏检测。结合光纤分布式测温技术可以对泄露事件进行快速检测和定位。通过检测渗漏口湍流产生的声波信号，该信号会产生在管道内长距离相对低损耗的连续负压力波。光纤DAS系统可以沿整个管道探测到负压波，并对泄漏事故的进行准确定位（10米范围内）。 （4）在矿井人员定位监测的应用方面。矿井下易发生爆炸、透水、冒顶等重大事故，保证井下人员的安全极其重要。矿井人员定位系统对下井人员的自动跟踪定位、灾后急救、日常管理等有着非常重要的意义。光纤DAS系统可以有效克服现有井下无线人员定位系统的不足，并大大简化现有井下综合管理系统的复杂性，实现日常和应急状态下的井下无盲区的人员、车辆等定位，为井下作业综合管理提供有力支撑，同时探测光缆本征无源，特别适用于井下易燃易爆和强电磁干扰环境。 （5）在侦听和周界安防领域的应用方面。光纤DAS技术具有远程（>10KM）监听和还原振动和声波信号的功能，可以用于对监狱、使馆等重要区域的远程侦听，以及对机场、国境线、军用通信光缆、军事基地等大型重要设施的长距离周界埋地防护。 （6）在铁路安全监测的应用方面。光纤DAS技术可能取代现有的许多轨道传感器,实现列车准确的月台公告，车轮滚压和其他车轮/铁路故障判断，铁轨盗窃、破坏和恐怖攻击，周围岩石和树木坠入以及实时列车跟踪等问题，从而保障铁路网络的安全运行和大大降低铁路网的维护成本。 （7）在大型结构健康监测的应用方面。光纤分布式声波检测技术可实现从次声波到超声频率范围内的弹性振动波测量，同时可以实现对探测光缆布设区域内的高密度采样，由于光纤材料质量轻、耐腐蚀，抗电磁干扰，因此可以直接埋设于复合材料内部，实现对飞机、火箭、空间站等大型装备的载荷、健康状态、结构疲劳以及材料寿命的领域的监测。 （8）在海洋水听监测的应用方面。由光纤DAS构成的新型光纤水听系统，可实现真正全分布式的水下声波监测，有望取代现有的全光纤水听器拖曳阵列，形成全光纤轻型潜艇和水面 舰船共形分布式水听系统，有望实现对关键海峡和水域的快速布防。 目前，已经完成对地埋石油管道、油井勘探和列车运行监测等多项实际工程的成功测试。 光纤分布式声波检测系统（DAS）主要三部分：光纤分布式声波信号分析硬件终端设备，光纤分布式声波信号分析软件，声波传感光缆。光纤分布式声波信号分析硬件终端通过光纤接线器与传感光缆进行单端连接。光纤声波信号硬件终端向光纤发射光脉冲，同时对传感光缆接收到的声波信号进行光电探测和采集，最后形成数字传感信号，通过光纤传感分析软件进行声源定位与声源分析。如下图所示： 主要技术参数： 1、信号解调设备主要技术指标： 测量距离： 0~50公里 响应时间： <2s 定位精度： ±2~±20米 响应频率： 0~500KHz 检测参数： 各种机械振动波、声波、超声波、地震波 通信/联网接口： 100M以太网 工作温度： -10℃～+50℃ 电源输出： AC 100~240V,50~60Hz 二次开发接口： 提供动态链接库方便二次开发和应用集成 2、软件功能和显示模块主要包括： 声波（地震波）信号的时域二维和三维强度分析模块 声波（地震波）信号的二维频率谱检测和分析模块

光纤分布式声波检测技术（DAS）在油气勘探领域的地面地震波检测、井中地震波检测、井中分布式垂直地震剖面（VSP）数据获取、水力压裂的安全监测与改善，长距离油气管道的安全与泄漏监测，周界安防与侦听、大型结构健康监测等领域有着广泛的应用前景。