中国工(gong)程院院士姜德(de)生
过(guo)去十年我们解决了光纤传(chuan)感网络中传(chuan)感器端的问题，未来十年我们要解决解调器端的问题
部署新一代智能传(chuan)感网络中卡脖子(zi)关键技术研发及上下游产业链建(jian)设，形(xing)成具有我国自主知识产权的成套生产技术与装备，形(xing)成以光纤通信、光纤传(chuan)感、光器件产业为主导，物(wu)联网、大(da)数据、人工(gong)智能竞相发展的格局
文 |《瞭望》新闻周刊记者 李伟
光纤传(chuan)感本质安全，可靠性高，对大(da)国重器意义重大(da)。中国工(gong)程院院士、武汉理工(gong)大(da)学战略科学家姜德(de)生是我国光纤传(chuan)感新技术研究的先驱(qu)者，他带(dai)领团队打破国外技术产品垄断，构建(jian)了具有我国自主知识产权的光纤传(chuan)感成套生产技术与装备，使光纤传(chuan)感技术在国内实现了从无到有、从有到优的跃升。
姜德(de)生团队成功研制出我国第一个光纤传(chuan)感器，攻关了新一代大(da)容量光纤传(chuan)感网络核心技术，首次(ci)工(gong)业化生产出单纤超过(guo)十万个光栅传(chuan)感器的产品，形(xing)成了大(da)容量、高密集(ji)、高精度的光栅阵列光纤传(chuan)感网络系统，使我国光纤传(chuan)感技术在国际上实现了从跟跑向并跑、领跑的战略性转变。
姜德(de)生团队开(kai)发的光纤传(chuan)感产品被同行评价为“带(dai)来了监(jian)测领域里的一场革(ge)命(ming)”。近(jin)日，《瞭望》新闻周刊对话这位与共和国同龄的院士，畅谈科研创(chuang)新之路，探讨(tao)老一辈科学家带(dai)领团队从解决实际问题出发做不懈追光者的启示。
光纤传(chuan)感设备有了“中国芯(xin)”
《瞭望》：当前我国光纤传(chuan)感设备是否已(yi)经实现自主可控？
姜德(de)生：光纤传(chuan)感技术的原理多样，体系庞杂，国内外有很多研究机构和企(qi)业展开(kai)相关的研究，提供各种各样的光纤传(chuan)感器产品和系统解决方案。美国、日本和欧洲发达(da)国家，都(dou)将光纤传(chuan)感列为重点(dian)支持的优先发展技术，我国的相关研究一度被多方掣肘。
早期，国内做光纤传(chuan)感器基本仿制国外，但部分参数达(da)不到国内行业标准。长期以来，光纤传(chuan)感很多关键器件被国外垄断，例如光栅波长信号解调的一个核心器件大(da)约2万美元一支，一个小指头大(da)小的东西，比黄(huang)金还贵。当我国提出以较低的价格批量进口时，遭到拒绝。这种被别人卡脖子(zi)的憋屈，让我们下定决心自己攻关。经过(guo)三年攻坚，我们研制出性能更优、成本更低的核心光器件。后来，这家外国公司主管三次(ci)到中国来，提出按照原价格的1/3卖给我们，以在中国占领更多市场，被我们婉(wan)拒。
如今，在我们研究的光栅阵列光纤传(chuan)感网络及其智能化应(ying)用的领域，从制备方法、工(gong)艺到装备均(jun)具有自主知识产权，完全自主可控。
我们团队经过(guo)几百个日夜的攻关，在全国率先研制出了具有自主知识产权的光纤光栅感温火灾报警技术与系统，并投(tou)入国家油(you)库工(gong)程使用。我们团队积极促进光纤传(chuan)感技术的标准化和产业化，推动(dong)了光纤传(chuan)感领域第一个国家标准的编制与颁布。我们团队开(kai)发的七(qi)大(da)类30余种光纤传(chuan)感器，形(xing)成了具有我国完全自主知识产权的光纤传(chuan)感成套生产技术与装备，打破了公路隧道(dao)等领域进口产品一统天下的局面，极大(da)降低了建(jian)设成本。
《瞭望》：你们团队在光纤传(chuan)感技术研制中突破了哪些技术难题？
姜德(de)生：根据光纤光栅传(chuan)感技术发展的需求和存在的关键问题，我们开(kai)展了大(da)量研究，成功突破了光纤光栅传(chuan)感技术工(gong)程应(ying)用的两大(da)瓶颈问题：研制出编码光纤光栅，解决了普通光纤光栅无法大(da)容量多点(dian)分布式检测的难题；发明了角调谐波长解调方法，实现了光纤光栅解调技术的自主创(chuang)新。这些创(chuang)新技术具有自主知识产权，在国际上占有重要地位。
我们团队把服务范围扩大(da)到经济建(jian)设的方方面面，推动(dong)更多行业转型升级。例如在2006年，陕西秦岭终南(nan)山隧道(dao)火灾报警工(gong)程进行国际招标，国外某(mou)知名(ming)光纤传(chuan)感企(qi)业参与竞争时提供的方案，不仅需要大(da)量后期维护，报警时间也需要好几分钟(zhong)。而我们的火灾报警装置，解决了20公里长距离无中继的世界难题，报警反应(ying)时间只需不到20秒(miao)，每公里的建(jian)设成本只有国外产品的1/3。最后，我们以技术第一中标。此后，国外同类产品逐(zhu)步退出我国市场。截至目(mu)前，光栅火灾报警系统装备了中国2万公里隧道(dao)、90%的油(you)库火灾安全监(jian)测，为国家安全和国民生活提供保障(zhang)。
近(jin)年来，针对交通强(qiang)国战略对光纤传(chuan)感网络的新需求，我们积极开(kai)展新一代大(da)容量光纤传(chuan)感网络核心技术攻关，取得了世界领先的创(chuang)新成果，在国际上首次(ci)工(gong)业化生产出单纤超过(guo)十万个光栅传(chuan)感器的产品，形(xing)成大(da)容量、高密集(ji)、高精度的光栅阵列光纤传(chuan)感网络系统。该技术已(yi)在机场智能跑道(dao)、智慧(hui)地铁、智能高速(su)公路等多个国家战略任务和重大(da)工(gong)程中实现示范应(ying)用，为多个行业高质量发展提供关键智能化平台和核心数据支撑，得到行业和相关部门的高度好评。
加速(su)光纤传(chuan)感产业发展
《瞭望》：光纤传(chuan)感网络核心技术研发方面还存在哪些瓶颈？如何看待这些挑战？
姜德(de)生：过(guo)去十年我们解决了光纤传(chuan)感网络中传(chuan)感器端的问题，未来十年我们要解决解调器端的问题。光纤传(chuan)感网络在各个行业的示范应(ying)用显现出了巨大(da)的市场应(ying)用前景。然(ran)而现有光纤传(chuan)感网络的信号解调仪表，由很多分立的高端光、电芯(xin)片和器件组合而成。随着传(chuan)感网络覆盖面积的增(zeng)加，解调器需要的空间变大(da)，我们在光纤传(chuan)感网络全时全域智慧(hui)高速(su)示范项目(mu)中，需要专门修建(jian)一个机房放解调器。此外成本限制了大(da)规模应(ying)用，比如我们现在光纤传(chuan)感网络桥梁(liang)健康(kang)监(jian)测系统已(yi)经得到行业的高度重视和好评，但是按照现有解调器价格水平和现有桥梁(liang)规模计算，即使每座桥只使用一台解调器，总耗资也将超过(guo)1000亿元。因(yin)此迫切需要通过(guo)光纤传(chuan)感的芯(xin)片化研究实现光纤传(chuan)感解调仪表的高集(ji)成和低成本。
《瞭望》：如何加速(su)解调器端等的技术、产业发展？
姜德(de)生：解调器里面的高端光、电芯(xin)片和器件的关键技术仍存在诸多卡脖子(zi)问题，高端的光、电芯(xin)片及器件依赖进口，国产化率低，受到国外供应(ying)商的垄断。在越来越复杂的国际关系下，实现下一代解调仪表的研发突破形(xing)势严峻。同时，对于航空航天、深海深地等特殊应(ying)用场景的传(chuan)感，虽然(ran)市场规模不大(da)，却是国家重大(da)战略部署领域，不仅要求传(chuan)感系统的小型化、低重量、高可靠，而且对软硬件的国产化、安全性提出了较高的要求，传(chuan)统采用分立器件的系统集(ji)成方法已(yi)难以满足需求。
目(mu)前国内外都(dou)缺乏适用于大(da)规模光纤传(chuan)感网络的光、电芯(xin)片和器件的完整体系、整体统筹。因(yin)此，研制面向光纤传(chuan)感的光、电芯(xin)片和器件，改(gai)变分立芯(xin)片和器件构建(jian)光纤传(chuan)感解调仪表的传(chuan)统模式，是众(zhong)多行业领域智能化升级的迫切需求，也是极有可能另辟赛道(dao)实现跨越式发展的有效途径。
在智能化物(wu)联网高速(su)发展的当下，建(jian)议(yi)加快部署新一代智能传(chuan)感网络中卡脖子(zi)关键技术研发及上下游产业链建(jian)设，形(xing)成具有我国自主知识产权的成套生产技术与装备，形(xing)成以光纤通信、光纤传(chuan)感、光器件产业为主导，物(wu)联网、大(da)数据、人工(gong)智能竞相发展的格局。
在位于湖北省武汉市的长飞光纤光缆股份有限公司光纤生产车间内，工(gong)作人员对光纤进行检测（资料照片） 肖艺九摄/本刊
完善(shan)技术标准与安全法规
《瞭望》：在制定和完善(shan)相关的技术标准与安全法规方面，你有哪些建(jian)议(yi)？
姜德(de)生：近(jin)40年，我和团队积极促进光纤传(chuan)感技术的标准化和产业化。如今，在各类工(gong)程及各类结构健康(kang)及安全监(jian)测领域中，对温度、应(ying)变、微振等信号的监(jian)测精度、覆盖范围、空间分辨率、智能化数据采集(ji)等指标都(dou)提出了越来越高的要求。随着光纤传(chuan)感技术的不断发展与完善(shan)，进一步制定和完善(shan)相关的技术标准与安全法规是确保光纤传(chuan)感系统可靠性和安全性的重要措施。
在技术标准方面，需要进一步建(jian)立完善(shan)相关应(ying)用指南(nan)，重点(dian)关注重大(da)工(gong)程、网络安全、物(wu)理保护以及安全培训和意识提升等。定期对光纤传(chuan)感系统安全法规的实施效果进行评估，根据评估结果和新的安全风险情况，对安全法规进行持续改(gai)进和完善(shan)，进一步提高光纤传(chuan)感系统的可靠性和安全性，为各行各业提供更优质的服务。
《瞭望》：推动(dong)国产光纤传(chuan)感技术的持续进步，在加强(qiang)产学研用合作，构建(jian)协同创(chuang)新生态(tai)系统方面需要怎么做？
姜德(de)生：大(da)容量光栅阵列光纤传(chuan)感网络在众(zhong)多行业领域中的应(ying)用不仅在中国是第一次(ci)，而且在世界上也属首次(ci)，缺乏相关标准、规范。针对这一问题，建(jian)议(yi)做三件事：
第一与不同行业领域的头部企(qi)业、顶级设计院、科研院所(suo)紧(jin)密合作、协同创(chuang)新，开(kai)展示范应(ying)用，联合制定相关标准。我们和中信科、国家管网、中国商飞等企(qi)业深度合作，共同推进光纤传(chuan)感网络技术在不同行业、不同领域的工(gong)程化应(ying)用，为国家战略任务与重点(dian)工(gong)程实施提供“专精特新”解决方案。
第二搭建(jian)产业发展与技术创(chuang)新的交流平台，比如发起成立光纤传(chuan)感技术和产业创(chuang)新联盟、主办学术会议(yi)和产业论坛等。
第三要积极推动(dong)并实施专利转让与成果转化，加快技术转移扩散，助力高质量发展。
此外，学科交叉是创(chuang)新的重中之重，需要在涉及光纤传(chuan)感技术的各个学科之间做好融合贯通，用多学科交叉的创(chuang)新思维解决行业痛点(dian)堵点(dian)。■