PCF和特殊光纤传感器的报道仍比较多。 台湾的 C.-f. Fan 等人提出了利用 PCF 环的双折射特性进行横向位移传感的方法（ "Birefringent photonic crystal fiber coils and their application to transverse displacement sensing," Opt. Express , vol. 19, pp. 19948-19954, 2011. ）。 图 1 基于 PCF 环的横向位移传感 香港理工的 C. Wu 等人提出了用聚酰亚胺涂覆的 PCF 测量盐度的方法（ "Salinity sensor based on polyimide-coated photonic crystal fiber," Opt. Express , vol. 19, pp. 20003-20008, Oct 2011. ）。 哈尔滨工程大学的 C. Y. Guan 等人研究了一种“埋入纤芯”的空心光纤特性（ "Characteristics of embedded-core hollow optical fiber," Opt. Express , vol. 19, pp. 20069-20078, Oct 2011. ）。 图 2 “埋入纤芯”的空心光纤 墨西哥的 G. A. Cardenas-Sevilla 等人报道了利用 PCF 干涉仪进行折算率传感（ "High-visibility photonic crystal fiber interferometer for ultrasensitive refractometric sensing," in Proc. of SPIE Vol. 8011 , 2011, p. 80114K. ）。 图 3 利用 PCF 干涉仪进行折算率传感 葡萄牙的 L. Bilro 等人报道了采用侧抛塑料光纤（ POF ）进行折射率和弯曲传感（ "Analytical Analysis of Side-Polished Plastic Optical Fiber as Curvature and Refractive Index Sensor," JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY , vol. 29, pp. 864-870, Mar 2011. ）。 图 4 侧抛塑料光纤（ POF ） 比利时的 T. Baghdasaryan 等人研究了不同写入角度对纯硅材料 PCF 写入 FBG 的影响（ "Influence of Fiber Orientation on Femtosecond Bragg Grating Inscription in Pure Silica Microstructured Optical Fibers," Photonics Technology Letters, IEEE , vol. 23, pp. 1832-1834, 2011. ）。 图 5 不同写入角度下的 FBG 谱 上海交大的 X. S. Liu 等人提出了一种基于 LPG 的多波长可调谐光纤激光器（ "Individually Switchable and Widely Tunable Multiwavelength Erbium-Doped Fiber Laser Based on Cascaded Mismatching Long-Period Fiber Gratings," JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY , vol. 29, pp. 3319-3326, Nov 2011. ），有望用于传感光源。 图 6 多波长可调谐激光器 墨西哥的 K. M. Salas-Alcantara 等人发表了采用两个 LPG 进行横向位移测量的方法（ "Micro-displacement sensor using a Mach-Zehnder interferometer with long-period gratings," in Proc. of SPIE Vol. 8287 , Toluca de Lerdo, Mexico, 2011, pp. 82870Z-6. ），其中 LPG 采用机械应力的方法制得。 图 7 双 LPG 测量横向位移 墨西哥的 V. Salazar-Haro 等人报道了利用光纤端面反射进行液体分析（ "Liquids analysis using back reflection single-mode fiber sensors," in Proc. of SPIE Vol. 8011 , 2011, p. 80114W. ）。 哥伦比亚的 L. A. D. Marulanda 等人报道了利用光纤传感器进行石油掺杂检测（ "Measurement of gasoline adulteration using optical fiber sensor," in Proc. of SPIE Vol. 8011 , 2011, p. 80115B ）。 波兰的 M. Zyczkowski 等人进行了用光纤干涉仪进行心跳监测的试验（ "Interferometric Fiber Optics Based Sensor for Monitoring of the Heart Activity," Acta Physica Polonica A , vol. 120, pp. 782-784, Oct 2011. ）。 墨西哥的 V. I. Ruiz-Perez 等人报道了利用多模干涉方法测量压力（ "Multimode interference effects in optical fiber for pressure sensing applications," in Proc. of SPIE Vol. 8011 , 2011, p. 80115M. ）。 浙江大学的 D. Chen 等人提出了用少模光纤的模间干涉测量压力的方法（ "HYDROSTATIC PRESSURE SENSOR BASED ON MODE INTERFERENCE OF A FEW MODE FIBER," Progress in Electromagnetics Research-Pier , vol. 119, pp. 335-343, 2011. ）。 以色列的 Y. Peled 等人提出了基于受激布里渊散射的光纤应变检测方法（ "Slope-assisted fast distributed sensing in optical fibers with arbitrary Brillouin profile," Opt. Express , vol. 19, pp. 19845-19854, Oct 2011. ）。 日本的 M. Nakano 等人报道了利用 BOTDA 进行隧道监测（ "Structure monitor system by using optical fiber sensor and watching camera in utility tunnel in urban area," in Proc. of SPIE Vol. 8011 , 2011, p. 80116N. ）。 南京大学的 L. Gao 等人提出了采用光纤激光器同时测量应变和载荷的方法（ "Simultaneous Measurement of Strain and Load Using a Fiber Laser Sensor," Sensors Journal, IEEE , vol. PP, pp. 1-1, 2011. ）。其原理是利用纵模的排频和偏振模的排频对应变和载荷的灵敏度不同。 图 8 利用 FL 进行应变和载荷的同时测量 墨西哥的 D. Monzon-Hernandez 等人提出了用两个光纤拉锥进行弯曲传感的方法（ "Compact optical fiber curvature sensor based on concatenating two tapers," Opt. Lett. , vol. 36, pp. 4380-4382, 2011. ），其原理是光在两个拉锥区域纤芯模和包层模的干涉。可通过改变拉锥的直径和两个拉锥的间距改变动态范围。 图 9 在 两个拉锥区域纤芯模和包层模的干涉 日本 Tokyo Medical and Dental University 的 H. kudo 等人报道了光纤甲醛传感器（ "Fiber-optic biochemical gas sensor (bio-sniffer) for sub-ppb monitoring of formaldehyde vapor," Sensors and Actuators B: Chemical . ）。 南通大学的 G. Lu 等人报道了利用光纤光栅进行复合材料低速撞击的能量分级试验（ "The Energy Class Discrimination of Low Velocity Impacts on Composite Material Structure by Bragg Grating Sensor Technique," Composites Part B: Engineering . ），试验以一个摆球从不同角度落下撞击聚合物材料（内含 5 个 FBG ）的方法进行。通过对采集到的 FBG 波长漂移的频谱进行分析，可得到不同撞击情况下能量在频谱上的分布，从而进行撞击能量的分级。 英国 Strathclyde 大学的 P. Orr 等人报道了采用光开关进行高速 FBG 解调的方法（ "High-Speed, Solid State, Interferometric Interrogator and Multiplexer for Fiber Bragg Grating Sensors," JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY , vol. 29, pp. 3387-3392, 2011. ）。该方案仍采用干涉式解调，但通过高速的光开关切换不同的通道，从而保证解调速度的情况下保持很低的串扰。文章报道了在 4 kHz 下 3 支传感器复用的结果。 图 10 采用光开关进行高速 FBG 解调系统
这两周以来报道最多的仍是基于光栅类或光纤激光器的传感器。中国计量大学的 C. Shen 等人通过在悬臂梁上粘接 FBG 的方式来测量位移（ Novel temperature-insensitive fiber Bragg grating sensor for displacement measurement, Sensors and Actuators A: Physical , vol. 170, pp. 51-54, 2011. ）。其设计的核心为由两个等腰三角形构成的悬臂梁悬臂梁，两个等腰三角形前后连接（实际上是一个等腰梯形上面接了个三角形），从而使在不同三角形上的光栅应变不同而产生啁啾，测量灵敏度 0.058 nm/mm ，温度不敏感，如图所示。 图 1 光栅被啁啾后的反射谱 大连理工的 Yan-Nan Tan 等人提出了采用连接在一起的两个光纤 DBR 激光器进行温度和应变的同时测量（ Y.-N. Tan, et al., Simultaneous strain and temperature fiber grating laser sensor based on radio-frequency measurement, Opt. Express , vol. 19, pp. 20650-20656, 2011. ）。两个激光器分别为掺铒和铒镱共掺，单模工作。两个激光器的两个偏振模分别产生两个排频（ RF 频段），而两个排频的温度和应变系数不同，由此可同时测得温度应变信号。 图 2 两个级联激光器工作系统图 南开大学的 H. Zhang 等人提出了用光纤激光器测量掺铒光纤双折射的方法（ AN ACTIVE STRAIN SENSING SYSTEM BASED ON SINGLE-LONGITUDINAL-MODE DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR FIBER LASER AND ITS APPLICATIONS IN THE MEASUREMENT OF ERBIUM-DOPED FIBER BIREFRINGENCE, MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS , vol. 53, pp. 2508-2512, Nov 2011. ）。用单纵模 DBR 光纤激光器测量应变大家都熟悉，但是由于双折射产生的拍频也与应变相关，通过同时测量 DBR 输出的波长变化和拍频变化即可测量掺铒光纤的双折射。 图 3 波长与排频随应变的变化 南京航空航天大学的 X. Zhang 等人针对 FBG 传感网络在 SHM 中的生存特性问题提出了基于遗传算法 - 支持向量回归（ GA-SVR ）（ Genetic algorithm-support vector regression for high reliability SHM system based on FBG sensor network, Optics and Lasers in Engineering . ）并通过 8 点的 FBG 传感网络验证了该算法的优势。 东京大学的 K. Kajiwara 等人提出了基于光学相干函数合成（ SOCF ）的长 FBG 的复用方法（ Multiplexing of Long-Length Fiber Bragg Grating Distributed Sensors Based on Synthesis of Optical Coherence Function, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS , vol. 23, pp. 1555-1557, Nov 2011. ），此方法是该课题组在 2008 年提出的基于 SOCF 的长光栅波长分布的基础上，进一步消除由于光源扫频频率提高而造成的外差频率变化的影响，从而实现相同波长 FBG 的复用。 意大利的 A. Iadicicco 等人报道了采用电弧放电的方法制作长周期光纤光栅的方法（ Long-Period Gratings in Hollow Core Fibers by Pressure-Assisted Arc Discharge Technique, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS , vol. 23, pp. 1567-1569, Nov 2011. ），如下图所示。 图 4 用电弧放电的方法在 PCF 上制作 LPG 东京大学的 Q. Liu 等提出了采用光纤光栅并用窄线宽可调激光器进行解调的达到纳应变级的解调方法（ Realization of nano static strain sensing with fiber Bragg gratings interrogated by narrow linewidth tunable lasers, Opt. Express , vol. 19, pp. 20214-20223, 2011. ）。其核心技术是“互相关算法”，文中对影响系统分辨率的各个因素进行了逐一分析。但本人认为，在实际应用中如何克服测量光栅和参考光栅所处位置的温度梯度十分关键。 在 FP 传感器方面，俄国科学院的 Y. N. Kulchin 等提出了用弯曲 FP 腔测量折射率的方法（ Effect of small variations in the refractive index of the ambient medium on the spectrum of a bent fibre-optic Fabry-Perot interferometer, Quantum Electronics , vol. 41, p. 821, 2011. ），其原理是周围折射率会影响弯曲的 FP 腔（纤芯模和包层模发生耦合）反射谱的峰值变化，达到的灵敏度为 5 × 10E-6 。 图 5 弯曲 FP 传感器 香港理工的 J. Ma 等人报道了在多模光纤端面制作微腔压力传感器的方法（ A Compact Fiber-Tip Micro-Cavity Sensor for High-Pressure Measurement, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS , vol. 23, pp. 1561-1563, Nov 2011. ），大家可从下图详细了解制作过程，灵敏度 315 pm/MPa 。 图 6 微腔传感器的制作 日本东京大学的 Q. Liu 等人提出了采用 FFPI 对进行高精度静态应变的策略方法（ Ultra-high-resolution large-dynamic-range optical fiber static strain sensor using Pound-Drever-Hall technique, Opt. Lett. , vol. 36, pp. 4044-4046, 2011. ） 在分布式光纤传感技术方面，韩国的 H. J. Yoon 等报道了分布式光纤传感技术在轨道监测方面的试验（ Longitudinal strain monitoring of rail using a distributed fiber sensor based on Brillouin optical correlation domain analysis, Ndt E International , vol. 44, pp. 637-644, Nov 2011. ）。试验中采用的是分布式 BOCDA 传感技术，将光纤粘接在一段 2.8 m 长的钢轨的轨底上方进行试验。取得了 3.8 cm 的空间分辨率和 ±15 με 的测量精度。 图 7 基于 BOCDA 的钢轨试验 日本的 M. Bravo 等人提出了基于光纤环镜并用 OTDR 进行解调的长达 250 km 的远程传感系统（ Ultralong 250 km remote sensor system based on a fiber loop mirror interrogated by an optical time-domain reflectometer, Opt. Lett. , vol. 36, pp. 4059-4061, 2011. ），其核心在于通过光纤环镜增加了信噪比，使在不加任何放大器件的情况下使用商用 OTDR 解调成为可能。 图 8 250 km 的远程传感系统图 此外，其它方面的报道包括，大连理工的 C. Wu 等人对利用边孔 PCF 进行偏振 - 压力传感进行了研究（ Side-Hole Photonic Crystal Fiber With Ultrahigh Polarimetric Pressure Sensitivity, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY , vol. 29, pp. 943-948, Apr 2011. ）。所研究的 A 、 B 、 C 、 D 四种光纤如下图所示，其最高 B 值可达 2.34×10E-3 ，其偏振 - 压力灵敏度为 -2.34×10E-5/MPa 。 图 9 C. Wu 等人所使用的 PCF 德国的 A. Apelsmeier 等人提出了非本征型光纤强度调制的温度传感器进行损耗补偿的方法（ Compensation of parasitic losses in an extrinsic fiber optic temperature sensor based on intensity measurement, Sensors and Actuators A : Physical. ）。 日本的 K. Wada 等人提出了平衡的 PM 光纤 Sagnac 干涉仪测量振动的方法，（ Balanced polarization maintaining fiber Sagnac interferometer vibration sensor, Opt. Express , vol. 19, pp. 21467-21474, 2011. ），方案是将两根相同的 PM 光纤主轴正交的耦合在一起，一个作为参考臂，一个作为信号臂，如图 10 所示。 图 10 基于 Sagnac 的振动传感系统 武汉理工的 Y. Yuan 等人对 tapered fiber tip 的传感特性进行了研究（ Theoretical investigation for excitation light and fluorescence signal of fiber optical sensor using tapered fiber tip, Opt. Express , vol. 19, pp. 21515-21523, 2011. ），该课题组还对级联的光纤 SPR 传感器进行了理论分析（ Theoretical investigation for two cascaded SPR fiber optic sensors, Sensors and Actuators B: Chemical . ）。 印度的 S. S. Patil 等报道了一种基于反射式的光纤位移传感器（ Modeling and experimental studies on retro-reflective fiber optic micro-displacement sensor with variable geometrical properties, Sensors and Actuators A: Physical. ）。该文的重点不在于达到了多高的精度或测量范围，而是讨论了适用不同光纤的几何位置的通用模型，这对于克服该类传感器在加工和装配方面的几何误差十分有意义。 图 11 反射式光纤传感器几何模型
今天，我这篇博文发出，世界各地的人们只要连上互联网，就可以即时看到这篇博文，这有赖于光纤的发明和广泛使用。这就是，技术的力量、科学的魅力，这在十几年前还是普通人无法想象的事情。 在光纤之前，信号的传输介质是电线，传输的信号是电信号。 电信号在电线中面临的问题是： 传不远： 电信号在电线中传输时，衰减比较严重，不容易传输很远的距离； 传不多： 一根电线，能够容纳的同时传输的信号很少； 干扰严重： 电线中传输的信号，很容易受到电磁干扰的影响，不同的信号之间的串扰也比较严重。 因此，在国际电话电报公司（IIT）的子公司标准电话与电缆公司任工程师的高锟先生，当时对此的认识非常清楚，潜心专研利用玻璃和光信号，进行长距离通信的研究。并于1966年发表《光频率介质纤维表面波导》（K. C. Kao, G. A. Hockham， Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies, Proc. IEEE 113 (7): 11511158），从而打开了人类光纤通信之门。 光信号在光纤中传输克服了，电信号在电线中传输的几乎所有的劣势： 传的远：光纤的损耗可以做到很低，很远的距离都可以不用对信号放大（中继），因此海底光缆连接各个大洲成为现实； 传的多：因为光信号的频率比电信号的频率高的多，也就是每秒钟光脉冲的个数比电信号的个数多的多，这样，在相同的时间内，光信号可以传输比电信号多很多的信息。另外，由于波分复用技术的发展和使用，一根光纤还可以同时传输多个波长的光信号。 干扰弱：不同波长的光信号之间，在同一根光纤中的相互干扰很弱。光纤内的信号，不容易受周围环境的影响。 如今，由光纤组成的网络已经把世界的各大洲、各个国家连接在了一起（朝鲜除外），地球成为了真正的地球村。 如今，光纤正在把各个小区、各大楼、各家庭连接在一起，组成更高、更快的信息高速公路网。 如果您是光纤专业人士，或对光纤有更深的兴趣，请阅读附件： City of light: The Story of Fibre Optics
半年前刘全慧老师在他的博文 《学一回苏格拉底如何？》 中谈到有学生问光子是否存在BEC。由于自己才疏学浅，对这个问题没有深刻的理解，只是隐约记得当年去北大偷听《量子光学》这门课的时候老师似乎说过激光就是光子的BEC。因此当时就在该博文下面留言激光就是光子的BEC。在刘老师和众博友的细心教导下，我终于放弃了这个观念。但是心里一直有点残念，既然光子没有BEC，那我总要想个办法弄出点类似BEC的东西，哪怕是等效的或者是在某一个维度上也好，由此写下这篇博文，请各位大侠斧正。 我的方案如下： 往一卷光缆中打一束激光，如图所示。光缆直径为a，激光的入射位置d、激光的频率以及光缆的卷曲半径R都是可以调节的。在光缆上建立新的正交坐标{u, }，那么在{u, }坐标下看整个系统则如下图所示， 光线就像乒乓球一样在光纤中弹跳。 既然光线的运动可以等效于重力场中的乒乓球，那么如果我们只关注{u, }坐标中的u维度，那么光线运动就等效为一维的重力场中的粒子，其势能如下图所示 而光遵循的麦克斯韦方程可以等效的化为薛定谔方程，那么光线在u轴上的运动完全就是一维重力场中的量子粒子，其波函数也由上图给出（Airy函数）。那么光线在各个分立能级上的分布函数就可以求出，如下图所示 我总是可以通过调节激光的入射位置d、激光的频率以及光缆的卷曲半径R让能量主要集中在基态（n=1）上。那么按照爱因斯坦给出来的BEC的定义，我就完成了光线在某一特定维度（u轴）上的等效BEC。而且实现该等效BEC还不需要超低温，只需要在常温下通过非常简单的手段就可以实现。（哈哈，本博主得意地笑一下！） 当然这究竟是不是BEC，当然不是。鄙人的恩师经常告诫我们，麦克斯韦方程化成薛定谔方程再怎么像，它毕竟不是薛定谔方程。麦克斯韦方程它本身还是经典的，而薛定谔方程是量子的。BEC是一个量子概念，它不可能在经典体系里得出。 顺便插一个故事，当年Berry重新提出几何相位的概念，大家都想用实验验证几何相位，第一个实验就是让偏正光在卷曲的光纤里绕几圈射出后偏正角度与入射时有个偏差，这样人们就说这是几何相位。但是很多人（包括Berry本人）也反对将量子的几何相位用这种经典的薛定谔方程来得出。 Berry's phase in Optical Fiber As is seen in fig below, photon in the fiber is in helicity states i.e. circularly polarized and the helix k(t) undergoes a loop in the k space with the same initial k and final k i.e. k(T) = k(0). The helicity state is set up of optical fiber experiment to measure Berry's pahse. They Berry's phase is where l is the number of the loop and (C) is the solid angle enclosed by the k in one loop as in fig below. And the rotation of linear polarization of the photon is C is the path of the k in one loop, and (C) is the solidangle in one loop. 反正不才也不想发什么文章，就把一点想法曝在博客上，与众博友哈喇一番，就用来消遣消遣，还望各位大侠不吝赐教。 注：本文部分插图摘自网络，部分插图摘自PRL,102, 180402
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