何祖源:编织中国化智能光纤传感网
2013-06-25 18:01:08   来源:   评论:0 点击:

  1980年,何祖源考入上海交通大学,此时,距离美国康宁公司研制成功传输损耗为20dB/km的光纤不过十年,距离光纤通信首次在美国获得商用也不过三年。

  1980年,上海市话网开通了我国最早的光纤通信试验线路,全长1.8千米,可通120路电话,经三年试用,各项指标达到设计要求。上海交通大学光纤技术研究所参与到了这项研究中。

  这些是何祖源在上海交通大学读书期间了解到的,光纤技术的魅力吸引他在1984年进入同校的光纤技术研究所攻读硕士。而今,身为国家“千人计划”特聘专家、上海交通大学教授的他,在光纤传感研究之路上已经逐渐成熟,展示出一番独特的风采。

  立足前沿,重视专利保护

  1999年,何祖源获得东京大学博士学位,并留校任助教;2001年,赴美国CIENA(讯远通信)公司任主任工程师、光学测试技术研发组组长;2003年,重返东京大学任职于电气电子系,从讲师一直做到教授,并兼任日本文部科学省东京大学电气电子信息技术卓越中心(COE)秘书长。在日本及国际光纤传感领域,他还有一串头衔:日本电子信息通信学会光纤应用技术研究会常任理事,日本应用物理学会光波传感技术研究会常任理事,OFC(光纤通信国际会议)、CLEO(激光与电光学国际会议)、CLEO-PR(环太平洋激光与光电子国际会议)、OECC(光电及通信国际会议)、ICOCN(光通信和网络国际会议)、APOS(亚太光纤传感器国际会议)等国际会议的技术程序委员会委员等。

  多年的研究和学习,何祖源对光纤传感有了深入的认识和理解。他认为,光纤传感具有多重优势:一是由于光纤主材料石英玻璃为绝缘体,即使在易燃易爆或者高电压强电流的环境下,依然可以安全放心地使用,能到达其他传感设备不能达到的区域;二是由于传感器是由光纤连接布设,甚至光纤本身就是传感器(称为分布式传感器),在线型的油管、电缆、隧道、高铁等领域,光纤传感布网方便、施工简单、维护容易,比其他技术更经济实用。另外,随着国家数字化和智能化城市建设的推进,物联网的概念也进入了国家层面。物联网,顾名思义,是物物相连的网络。其实它最上面的一层还是因特网,最下层则是由传感网构成。传感层由各种传感器构成,测量形变、压力、温度、空气中颗粒浓度和成分等各种信息,将信号进行调解后,再上传到因特网。光纤传感特别适合于这种网络化的应用,这也是它的又一个优势。

  何祖源在海外做的最早也最久的一项工作就是光纤接入网的分布检测。目前,国外宽带接入已发展到“光纤到户”。在日本,光纤接入网占据了宽带用户的60%。在我国,光纤到户也开始迅速普及。一束光纤分到千家万户,用户端增多,意味着出故障的概率也越来越高。“出了问题就要解决,但是,只知道谁家的线路有了故障还不行,要弄明白到底是屋里的光纤不通了,还是从屋里到外面墙上的接线管不通了,又或者是从接线管到某个接线柱/电线杆的线路不通了。这就需要定位。”何祖源说。如今,实际使用的光纤都被一层保护套包裹着,要对故障进行定位检查,肉眼是靠不住的,必须用到光纤测量。为此,何祖源及其团队围绕分布式光纤传感技术进行了攻关,“它的基本概念可以这样理解——从电信局发出一个光信号,这个光信号沿着光纤走向千家万户,它的回波信号顺着光纤返回电信局。电信局根据回波信号反馈的信息,不仅可以检测到是谁家的线路有问题,还能检测出从他家数过来的第几米上有问题。”

  至今,何祖源团队所做的光纤接入网的分布检测技术还保持着世界最高纪录——测量距离40千米,空间分辨率2厘米。也就是说,顺着40千米的光纤,在故障位置上即使4厘米内出了两个问题,也能被分辨出来。与此同时,在测量速度等方面,他们的研究也走在世界前列。

  此外,他们另一项关键性课题是分布式的应变和温度传感器。这种传感器的应用范围很广,既可以用来对桥梁、大坝、隧道等基础设施进行健康监控,又可以用在对石油管线、高速铁路等目标进行长距离、大规模、网络式的巡查。该课题中,他们也在空间分辨率以及测量速度这两个关键指标上,保持着世界最高纪录。

  何祖源说,“我们团队的研究成果在国外申请了40多项专利,其中一些也已经取得了日本、欧洲和美国的专利授权。问题是,这些专利属于国外职务发明,我们只是发明人。这些技术,是我们想要带到国内并且实现产业化的,我们会在不侵犯国外专利权的情况下,以我们的所知,在国内进行进一步开发,申请更多的国内专利。”

  招贤纳士,开拓事业

  2012年9月,何祖源以中组部“千人计划”特聘专家身份全职回到国内。目前,他担任上海交通大学星河讲席教授、上海交通大学无锡研究院光纤传感技术研究中心主任、无锡联河光子技术有限公司董事长。他希望能够为国家推行物联网建设及其产业化贡献出自己的力量,同时,也开辟一番事业,而支撑起这事业的,是一支高质量的团队。他带回国的,不仅有自己的技术,还有几位技术骨干。

  樊昕昱博士,2003年获得上海交通大学硕士学位;2006年获得日本东京大学博士学位,同年任职于日本电信电话株式会社(NTT)研究所;2011年升任为研究主任(高级研究员)。他在攻读博士期间,在何祖源的指导下,从事光相干域光纤传感技术研究,利用掺饵光纤中的动态光栅进行传感检测,是国际上研究动态光栅传感的最早的主要开拓者之一。加入NTT后,他主要研究光纤测试与分布式光纤传感技术,主持研发的长距离高分辨率光分布反射测试技术,性能处于国际领先地位,并多次被日本主要新闻媒体报道。何祖源很欣赏他,直言,“NTT研究所是世界上电信技术研究水平较高的一个集团,2000多位研究人员中,外国人只有18位,能加入已经很不容易,何况还做得那么出色。”

  杜江兵博士,毕业于香港中文大学,在光纤通信、信号处理方面取得优异成绩。“且不说别的,单是博士三年,在《光电子学》世界一流期刊上发表8篇论文,就不是一般博士生能达到的。不只说明有研究实力,更重要的是要非常勤奋,才能做这么多事。”

  刘庆文博士,也是何祖源在东京大学的学生,后又随他做博士后研究,在他指导下进行超高精度的光纤应变传感技术研究,并将其用于地壳形变监测。“一般传感器测量精度是10-6,称为一个微应变,就是能在1米长度上测量到1微米的变形;要测地球的形变,则要提高1000倍,达到纳应变10-9,相当于对从北京到华盛顿的距离上发生的1厘米的变形进行测量。”2008年起,他们便开始攻关,并在实验中测量出由地球潮汐以及地震引起的地壳形变。该结果一经报告,便引起轰动,连续多次受邀在CLEO、OFS(国际光纤传感大会)等一流的国际会议上作特邀报告。至今,这项技术依然是世界领先的,也是唯一的。

  这样一支由国际知名传感专家领衔、有多名青年才俊技术骨干参加的团队,一开始就站在了行业的制高点,令同行羡慕不已。而学生们追随何祖源回国的理由,只因他说希望一起回国做一番不一样的事业。

  “做事情一定要到位,做人一定要诚实。”这是何祖源对学生和团队一贯的要求。回国以来,以这支团队为核心,他筹备起上海交通大学光纤传感技术研究中心和无锡联河光子技术有限公司,立志发展具有国际先进水平的各类光纤传感器和传感网络,为国家物联网建设提供高端的技术、产品和服务。而在刚刚结束的第三届中国国际物联网(传感网)博览会上,何祖源也表示,他们的理想就是让在国外学科前沿所取得的成果在国内落地生根,开花结果,编织一张“中国化”的智能光纤传感网,使中国的电信、电力、飞机、船舶、桥梁、隧道等社会基础设施更为安全。

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