图1：IEEE 光子学会广东分会 2022 委员会

 Q  过去几十年我们见证了光纤技术的蓬勃发展，您在特种光纤、光纤传感器和光纤激光器等很多领域都做了大量的开拓工作。能否谈谈在您心目中，光纤技术带来巨大变革的前三大行业？

 A  我心目中排名前三的行业是激光制造、传感和宽带通信。按现在的发展趋势，十年后，数据传输能力可能会提升10倍，各行业将因其可靠性和数据传输速度而继续投资光纤技术。安全、高速的数据传输是我们当今最重要的需求之一，因此，光纤行业的未来非常光明。

 Q  光纤通信革新了电信领域，目前光纤通信的主要挑战和趋势是什么？人类何时能达到光纤通信的容量和传输距离极限？

 A  光纤是信息的超级高速公路。然而，目前的光纤通信频段仅限于C和L波段（即1525nm-1625nm）。自从 1966 年高锟首次提出光纤通信以来，光纤损耗从 1000dB/km 降低到如今的<0.2dB/km。1987年，David Payne 及其团队发明了掺铒光纤放大器，为光纤通信的实用做出了重大贡献。又过了10年，Philip Russell 及其团队制造了第一根光子晶体光纤，使得光纤的设计和制造变得3维化，基于光纤的复杂器件得以持续开发。目前光纤通信的主要挑战和未来趋势将是开发新型光纤以提高传输速度以及数据速率。一个可能的解决方案是去除光纤的纤芯（即无芯）。但空心光纤由于表面模式的约束损失，是有损耗的。反谐振光纤是一种新型光纤，其潜在的光纤损耗甚至可以低于石英光纤。我预测，反谐振光纤的损耗可能在未来三年内就降低到0.1dB/km。人类还远远没有达到光纤通信的容量和传输距离极限。毕竟，人眼其实可以看到很远处的光。即使没有任何仪器的帮助下，人眼可以看到的最远的单个恒星是仙后座的V762，它距离我们大约16308光年（1.5x10¹⁷千米）。

 Q  在过去的几年里，很多特种光纤被开发了出来，但普通的商业光纤仍然占据着行业的主导地位，能否分享一下哪些行业可能需要什么样的特种光纤，并预测什么样的特种光纤能够真正与石英光纤竞争？

 A  石英光纤仍将在骨干电信网络中发挥重要作用。行业是标准驱动的，传统的单模光纤现在中国的售价比面条便宜，而且二氧化硅的原材料供应是可持续的，因此优势极大。我参观过全球主要光纤制造商之一，长飞光纤（YOFC），见证了这家公司在拉制光纤方面的进步。根据给出的信息，我计算出他们40m高的光纤拉丝塔制造光纤的速度约为200km/h。这几乎是高铁的速度。特定应用确实将需要特种光纤，例如生物相容性光纤、微结构光纤、多功能光纤、太赫兹光纤、中红外光纤、纳米光纤、带隙光纤和成像光纤。

图2：沈平教授在 2021 年全球光电大会致辞

 Q  在过去的十年里，分布式声波传感器（DAS）经历了繁荣发展期。您能评论一下它的意义和在各个领域的应用吗？

 A  DAS 的优势在于其长距离的快速分布测量。基于 DAS，我们可以在相位敏感型光时域反射（ϕ-OTDR）的基础上实现大规模分布式声波检测。DAS 可以应用于地质传感、石油和天然气安全、入侵检测和铁路基础设施监测等应用场景。近年来，许多研究和技术致力于提高 ϕ-OTDR 传感器的性能，包括减少测量噪声、提高动态测量能力、对多种扰动进行采样以及提高测量空间分辨率等。我认为DAS在安全、保密和完整性监测系统中具有光明的前景。

 Q  光纤激光器变革了制造业，目前已成为主流的激光制造手段。展望未来十年，光纤激光器的发展趋势如何？您认为有没有哪种激光器有望在连续功率和高性能超短脉冲激光方面与光纤激光器相匹敌甚至超越，从而进一步提升制造业的水平？

 A  光纤激光器有许多特殊的性能，如高功率、良好的可靠性、紧凑的尺寸、低噪音和良好的光束质量，因此它被广泛应用于焊接、切割、打标、打印、微加工、钻孔、焊接和热退火等。未来十年，一方面，我们需要更高功率的连续光纤激光器。另一方面，为了在不产生热量的情况下去除材料（即避免熔化或开裂），我们将需要使用飞秒或皮秒激光脉冲来进行热消融。因此，我们也需要发展具有更高平均功率和更短脉冲时间的脉冲光纤激光器。同时，为了开发低成本的短脉冲光纤激光器，我们必须研究适用于不同波长的高功率光放大器和高效功率合路器。光纤激光器的竞争技术之一可能是薄片激光器，它展现了高脉冲能量和高平均功率的优势。