主编推荐 | 布里渊光纤传感：声波的分析、设计与调控

发布时间：2026-04-12来源：爱光学

Chinese Optics Letters 2026年第3期Editors’ Pick:

Tianfu Li, Chao Chen, Taofei Jiang, Yongkang Dong, "Recent progress in emerging directions of Brillouin optical fiber sensing: analyzing, designing, and implementing acoustic waves [Invited]," Chin. Opt. Lett. 24, 030005 (2026)

布里渊散射是光纤传感技术中应用最广泛的原理之一，不仅用于测量温度和应变，还扩展到物质识别、微波频率测量及光声显微镜等新兴领域。然而，传统布里渊传感在时空分辨率上受到声波参与的制约。由于石英光纤中声子寿命约为10 ns，空间分辨率通常局限于米级。同时，前向布里渊散射（FBS）在分布式测量中也面临着声波寿命长、信号微弱等严峻挑战。

对此，哈尔滨工业大学董永康教授团队提出通过深入分析、设计和实现声波，突破上述物理限制，为开发新型布里渊散射机制及实现高性能传感应用提供系统性解决方案。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2026年第24卷第3期。

在该研究工作中，作者聚焦声波特性多维调控开展深入探讨。在瞬态布里渊响应方面，研究表明，通过求解三波耦合的时域微分方程，并结合差分脉冲对（DPP）和解卷积技术，可以从短于声子寿命的脉冲中提取布里渊响应，实现了后向布里渊散射传感高达8 mm的空间分辨率。在FBS领域，提出了相干前向布里渊散射（CFBS），利用声波的相干性打破了声子寿命对分辨率的限制。该研究还探索了非零相位匹配和准声阻抗匹配条件，有效提升了FBS的空间分辨率与鲁棒性。

图光纤中的布里渊散射效应原理示意图

该工作的核心创新在于确立了“调控声波”在推动布里渊光纤传感演进中的关键地位。瞬态声波的引入为兼顾长传感距离与极高时空分辨率的传感奠定了基础。CFBS实现了对环境声阻抗和波导尺寸的分布式测量。结合微型化FBS探针，该技术在多相流监测、生物医学工程、环境监测等领域展现出巨大的潜在应用价值。这些工作都归功于对于声波的调控，使得研究者可以实现诸多新的功能。

基于现有研究，未来的工作将继续围绕机制、方法和应用层面的积极攻关探索展开。重点方向包括：进一步推进FBS传感器的微型化进程，以满足极具挑战性的应用环境需求；同时，致力于解决在基于高增益的FBS解调方案中出现的克尔效应及放大诱发失真等技术难题，进一步研究高空间分辨率和高时空分辨率的布里渊传感技术，探索通过更深入的调控方法来优化系统性能的新途径。