一根头发丝粗细的光纤能做什么？答案是不仅可以将光波低损耗传送上千公里，还可以同步检测光纤沿线的应变、温度、振动、压力等信息。光纤是光波的优良载体，在推动光纤通信技术迅速发展的同时，也带来了光纤传感技术的蓬勃发展，在航空航天航海、围栏管线安防、油气资源勘探等行业起到了无法替代的作用。

与光电子学结缘，上海交通大学特别研究员刘庆文至今已和激光、光纤传感技术难解难分多年，在他看来，这项科学研究不仅是一种工作，也是一种乐趣，充满着“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的喜悦。他享受其中的充实和多彩，将每一次探索视作对研究魅力的发掘，与团队一同面向“万物感知”的光传感器技术，志在贯穿理论研究、技术开发和产品应用的诸多环节，为未来智能社会添砖加瓦。

自然而然寻发展

近年来随着传感器对灵敏度、精确度、抗电磁干扰等要求的不断提升，光纤传感器因其独特的优势而备受青睐。光纤传感技术始于20世纪70年代，伴随着光纤技术和光通信技术快速进步而发展起来，它的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有领域和人们的日常生活，大至军事国防、航天航空、能源环保，小到一座桥梁的建设、一套电力系统的搭建，尤其可以安全有效地在恶劣条件下应用，满足了各行各业的市场需求。与此同时，传感器技术还是智能社会的关键技术之一，是将现实世界信息进行数字化的重要窗口，其技术和产业发展关乎当下，更决胜未来。

在光传感技术的这个领域内，刘庆文已经奋斗了10余年。他表示，“在这条轨迹上没有太多的犹豫和徘徊，一切都比较自然地发生了”。刘庆文从小就对科学有着非常浓厚的兴趣。小学一年级入学时，妈妈给他做过一件白色上衣，上面用红丝线绣出的“爱科学”三个字，至今仍然印在他的脑海里。2001年，他考入天津大学电子科学与技术专业光电子方向，那时候的他想法很简单，就是觉得“光学是一门既与生活息息相关又奥妙无穷的学科”。在完成本科阶段的学习后，他以专业第一的成绩保送本校读研，进行飞秒激光技术的研究，之后获日本文部科学省奖学金前往日本东京大学攻读博士学位，正式与光传感技术研究接轨。2013年，他加入上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，继续从事光传感技术的研究。

“在国外，我主要开展了光纤光栅传感器技术的研究。回国后，这一方向的研究作为我工作的一部分也得到了进一步的发展。”刘庆文表示，考虑到地球内部结构非常复杂，缺少有效的观测手段是地震预报难的原因，也是长期以来限制地震科学研究发展的主要因素。在自然科学基金委重大仪器专项、科技部重点研发计划等支持下，他作为技术骨干，协助国家特聘专家何祖源教授带领团队开发出一系列先进的探测技术，例如，基于光纤法布里—珀罗干涉仪的瞬态响应特征实现了对干涉仪谐振频率的精确比较，能够检测10-5℃，以及10-10的长度变化量，并且做到对多个传感器的同时检测。他们基于此技术还研制成功了超高分辨率光纤应变场检测仪样机，这种传感器尺寸小、灵敏度高、布设方便，为地壳应变场的观测提供了有力工具。

为产业化市场把脉

虽然学术方面刘庆文取得了一定的成就，但是，他的视野并没有仅仅局限于单纯的理论、技术研究和样机制作，在他看来，科学研究发展最终需要聚焦在产业化落地上。而选择哪些成果转化、如何开展产学研合作，这一切都需要建立在了解市场的前提之上。

他认为，无论在具体任务攻关还是科研选题方面，密切关注产业化市场的需求是一大关键因素。“市场需求不等于研究热点，好的研究课题要引领热点而不是跟踪热点。”在刘庆文看来，工业生产中的技术难题背后一定有一个或多个没有得到解决的科学问题，可以作为研究课题，这代表着市场迫切的需要，也体现了科学研究课题的最终价值。因此，他带领团队秉承开展独立性和原创性研究的原则，去寻找工业生产、生活中技术难题的根本原因和矛盾所在，进而提出高效的解决方案。

从光纤传感的市场来讲，刘庆文指出，其总体很大但细分到每个传感器的市场往往都比较小，其中相对而言，占比重较大的两个市场分别是光纤光栅型传感器和分布式传感器。前者是一种点式传感器，每一枚传感器可以检测一个位置处的信息，采用合适的探测技术就可以实现极高的灵敏度和分辨率，在土木工程、极端环境等领域得到了较为广泛的应用。后者则是利用通信光纤中的后向散射现象，能够检测数十公里光纤上任意位置处的环境温度、应变和振动等信息。同时，这种分布式传感能力是光纤传感器所特有的，在油田测井、资源勘探、输油气管线、铁路安防等领域有着迫切的刚需。“以油田测井为例，油井下的温度超过200℃，压力超过200大气压，而且腐蚀性很强，电子传感器在这种环境下很快就会失效，而光纤传感器却可以正常工作几十年，是唯一可在井下固定布设的传感器。”其中，光纤的分布式温度和应变传感技术已经实现产业化推广应用，但基于光纤的分布式声波传感器目前只有Silixa等几家国外公司拥有较为成熟的产品，但这些公司只提供服务而不销售产品，这就意味着在分布式声波传感器应用的各行各业，国家或企业需承担高昂的服务费用，还必须接受产品禁运的形势。