●光學解調技術。光學干涉相位檢測系統需具有高靈敏、大動態范圍、穩定、小型化和低成本的特點。

●光源技術。不同波段，尤其是紅外波段的低成本、可調諧、窄線寬激光器是高靈敏多組分氣體測量的關鍵器件。

2、光纖三維形狀傳感技術

如果想要對一個動態的物體進行跟蹤，在缺乏視覺接觸的情況下，形狀感知就顯得特別關鍵。近年來，基于光纖形狀的傳感方法受到了學術界和工業界的廣泛關注。光纖形狀傳感器為傳統的形狀感知提供了一種非常有效的替代方法，它允許對形狀進行連續、動態、直接的跟蹤，而不需要視覺接觸。光纖傳感器具有結構緊湊、體積小、靈活性強、嵌入能力強等特點，可以很好地附著在被監測的物體上，同時保證了安裝的方便性和形狀跟蹤的有效性。這些優勢使得其在醫療、能源、國防、航空航天、結構安全監測以及其他智能結構等領域具有廣泛的應用。圖1是全部國產化的四芯光纖三維形狀傳感系統的幾個關鍵部件。

圖1 基于四芯光纖的三維形狀傳感系統的關鍵部件

實際應用中，如輸油管線、橋梁結構等大尺度三維形狀傳感場景，適合將多根單芯光纖與待測物進行組合，并使用布里淵光時域反射技術監測其形狀變化；而對于中等尺度或小尺度應用場景，例如機器人、柔性醫用器械等，則適合采用多芯光纖陣列FBG解調技術或者分布式OFDR的曲率積分及形狀重構的方法，來實現較高精度的三維形狀感測。其中，該技術在醫療領域最具有發展潛力。

光纖三維形狀傳感技術的發展思路有兩個：一是采用多芯光纖；二是采用多根單芯光纖與柱狀結構物相結合的方式實現三維形狀傳感。這里談的主要基于第一種思路。表2為基于多芯光纖的三維形狀傳感技術發展梗概。

表2 多芯光纖三維形狀傳感技術發展簡表

光纖三維形狀傳感技術經過近二十年的快速發展，目前該項技術涉及的關鍵器件已經能夠實現全部國產化，接近實際應用的水平。國內有多家單位相繼開展了有關研究，桂林電子科技大學所研制的基于多芯光纖光柵三維形狀傳感系統具有動態三維形狀感測能力，為工程化應用提供了各項關鍵技術，近年來逐步應用于若干領域，其面臨的主要問題是:

●目前使用的多芯光纖的纖芯間距較小，其精度相對于較大纖芯間距的光纖形狀傳感器還有一定差距。

●多芯光纖相關器件性能及技術的提升，是多芯光纖形狀傳感技術進一步發展的關鍵，如低損耗多芯光纖扇入扇出器件、方便可靠的熔接技術以及低損耗活動連接技術等。

●無論是基于多芯光纖光柵陣列的解調技術，還是基于多芯光纖OFDR的解調方案，三維重構算法都有待于進一步的改進。

●多芯光纖及其光器件還沒有統一的工業標準，不同器件兼容性較差，難以降低成本并推進工業化批量生產。

3、煤礦光纖傳感技術

光纖傳感器無需供電，對于煤礦井下易燃易爆氣體監測和長距離多點巷道圍巖變形、巖石應力等在線監測具有獨特優勢。

近二十年來，半導體激光甲烷傳感器（如圖2）的研發和煤礦應用工程化技術的研究較多，經歷了從實驗室原理驗證到工程樣機，再到近10萬只光纖傳感器在一千余座煤礦的規模化應用。激光甲烷傳感器具有全量程、免標校、高選擇性、長期穩定可靠性等獨特優勢，已得到了煤礦行業的普遍認可，并逐步替代傳統催化燃燒式甲烷傳感器。2016年12月底原國家煤礦安全監察局在《煤礦安全監控系統升級技術方案》中明確指出推薦使用先進傳感器，包括全量程、低功耗、自診斷功能的激光甲烷傳感器，這標志著激光甲烷傳感器正式進入商業化應用。

圖2 激光甲烷傳感器模塊和激光甲烷便攜儀

此外，基于拉曼散射原理和多模光纖的光纖分布式溫度傳感器在煤礦采空區自燃發火隱患在線監測及預警定位方面展現了獨特的作用，解決了采空區火災隱患電子傳感器存在檢測盲區的難題，該類傳感器經歷了從隔爆兼本安型到低功耗本安型礦用儀器的升級過程，現已在全國數百個煤礦中對采空區和膠帶運輸系統進行火災隱患監測預警方面得到了應用。