光纤传感器在辐射环境中的应用研究进展

2019-04-19李惠赵庆超张发祥马龙倪家升彭纲定

山东科学 2019年2期

李惠，赵庆超，张发祥，马龙，倪家升，彭纲定

(齐鲁工业大学(山东省科学院)，山东省科学院激光研究所，山东济南 250014)

相较于煤和石油等常规能源，核电站不仅能提供保持碧水蓝天的清洁能源，而且其能量转化率很高。与此同时，核磁共振、CT等医疗手段给人类健康带来了新的福音。然而，福岛核电站泄露等事件对人类造成的却是难以抹去的伤痛，对辐射环境中的物理量的观测势在必行[1-3]。核辐射环境与一般常用的环境有很大的区别，其温度相对较高、化学组成复杂，具有较强的电磁干扰和核辐射影响，所以常规电子传感器在核辐射环境中的应用受到极大的限制。

20世纪90年代发展起来的光纤传感器，由于其抗电磁干扰、高灵敏度、高精度、尺寸小、重量轻和易于复用等优势，在各大行业都具有潜在的应用价值，特别是在传统电子传感器应用受限的油田、煤矿、电力、核电站等恶劣环境中[4-6]，其中最具有代表性的有光纤布拉格光栅传感器、光纤法布里-珀罗传感器和分布式光纤传感器[7-11]。本文阐述了这3种传感器的原理，分析了核辐射对其性能的影响，对辐射影响的作用机理进行分析，以期促进光纤传感器在核辐射环境中更广泛的应用。

1 光纤传感器原理

光纤传感器利用光纤本身作为物理量“传”和“感”的载体，外界温度等信息通过影响光纤中传输的光信号的变化感知外界环境，其中最为常见的有光纤布拉格光栅传感器、分布式光纤传感器和光纤法布里-珀罗传感器3种。根据传感原理的不同，光纤布拉格光栅传感器多用于单点温度和应变的测量，分布式光纤传感器用于整个光纤温度、振动的测量，光纤法布里-珀罗传感器用于单点温度和压力的测量。

1.1 光纤布拉格光栅传感器原理

光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)是一种可以反射特定波长光的光学滤波器件[7-8]，特定光波长λB满足布拉格定律，且与待刻写光纤的有效折射率neff和光栅的刻写周期ΛG有关[12]。光栅的刻写有干涉曝光、相位掩模板直接写入、遮挡法、二次曝光等方法，其中以相位掩模板方法最为常用[13]。按照光栅刻写过程采用的激光可将相位掩模板方法制成的光栅分为I型、II型和再生光栅[14-15]，其中I型光栅应用最为广泛[12]。

FBG的布拉格波长受光栅周期ΛG和纤芯有效折射率neff影响，而温度的改变和应变会对这两个参数产生影响，可用公式(1)进行表述：

(1)

式中,α为FBG的热膨胀系数，ζ为光纤的热光系数，ΔT为环境温度的改变量，Pe为光栅有效弹光系数，ε为FBG所受轴向应变[16]。由公式(1)可知，当FBG所处的环境温度发生改变或发生应变时，光栅的布拉格波长也将随之变化，而光栅波长可以通过光谱分析得到，再通过解调可以将FBG的波长变化转变为温度和应变，从而实现温度和应变的传感。

1.2 分布式光纤传感器原理

光在介质中传播时，会与介质中的成分发生相互作用，造成光的传播方向发生偏移，该过程称为光的散射。按照散射光与入射光的频率关系可将其分为瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射[17]，分布式光纤传感系统就是基于光在光纤中发生的光散射现象。

对于光纤系统，当外界参数如温度、扰动发生变化时，后向传输的散射光信号也将发生变化，这种现象被用来制作传感器。结合光时域反射原理，光在光纤中传输时反射光光强会呈现与光纤距离一一对应的关系，而光强又受到温度、压力等参数的调制，通过解调可以实现光纤距离与温度等物理量的对应，当光纤某一点物理量发生变化时，反射光强也将发生变化并呈现在系统的光谱图上，从而得以对物理量进行表征。基于光的散射理论，分布式光纤传感系统可分为基于瑞利、布里渊和拉曼散射的3种传感系统，根据所受调制的物理量可分为分布式温度传感器(distributed temperature sensing, DTS)、分布式振动传感器(distributed vibration sensing, DVS)和分布式声波传感器(distributed acoustic sensing, DAS)等。

1.3 光纤法布里-珀罗传感器原理

光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)传感器基于法布里-珀罗干涉，即两个正对放置的光纤端面间的多光束干涉，反射回的光谱信号受腔长的影响，而腔长又受外界温度、压力等物理量的影响，故也可以用作光纤传感器[9,11]。由于法布里-珀罗腔对压力更为敏感，多用于压力传感，特别是生物传感领域。

2 光纤传感器在核辐射环境中的应用研究进展

核辐射主要包括3种类型：α衰变、β衰变和γ跃迁，按照顺序3种辐射对人体的伤害逐渐增大，研究对象主要集中于中子辐射和γ辐射两种，本文所提到的核辐射就以这两种辐射为主。核辐射对光纤传感器的影响主要表现在对光纤本身的影响上，核辐射会使光纤材料发生变化，造成其中传输信号的大幅衰减，从而影响核辐射中光纤传感器的传输距离。

2.1 光纤布拉格光栅传感器在核辐射环境中的应用

核辐射对FBG传感器的影响主要表现在辐射引起的损耗(radiation induced attenuation, RIA)和布拉格波长漂移(radiation induced Bragg wavelength shift, RI BWS)两方面。2001年Fujita小组[16]利用相位掩模板方法在掺Ge的石英光纤上制备FBG并将其置于γ辐射中，通过测量FBG的布拉格波长λ随辐射剂量的漂移来表征辐射对FBG的影响，其波长随γ辐射量的改变如图1a所示。

图1 布拉格波长随γ辐射剂量和温度的变化[18-19]Fig.1 Bragg wavelength shift with variations of γ radiation dose rate and temperature [18-19]

图1a所示为该FBG波长随γ辐射剂量发生漂移的情况，可以看出布拉格波长随辐射剂量的增加呈现一定的波动性，随着辐射剂量接近250 kGy，其波长变化出现可逆的变化趋势，波长漂移不明显的主要原因是250 kGy还不足以造成光栅的破损，且光栅制备完成后经过了50 ℃的退火，该过程钝化了光栅中的缺陷，从而使得光栅的有效折射率没能发生显著变化。随后他们对辐射量40 kGy后的FBG进行了温度系数测试，测试结果如图1b所示，可以认为经过γ辐射后，FBG在40～80 ℃的温度变化过程中，波长的温度上行和下行基本满足线性关系，辐射前后波长的温度系数分别为8.9和9.4 pm/℃，可以看出γ辐射对FBG有一定的影响，辐射使得光栅的温度系数增加，给后续温度传感过程中温度的测量带来误差。

随后Fernandez小组[18-20]对几组不同的光栅在不同辐射下的波长漂移情况进行分析，结果如图1c所示。文中对1～7号FBG选用1～ 25 kGy/h的辐射速率进行γ辐射，从图中可以看出不同的辐射速率对FBG的影响有很大区别，其波长变化总体呈现红移趋势，原因为光栅不受紫外光照射部分经γ辐射之后有效折射率增加，且辐射剂量越大，效果越明显；辐射停止后，FBG波长的改变有一定的恢复，但恢复量极小，说明辐射对FBG波长的影响具有不可逆性，但辐射后FBG的温度系数没有明显的变化。该小组还表征了不同种类的光纤，结果表明光敏光纤上刻写的FBG在核辐射下具有最小的布拉格波长移动和稳定的光谱特性，是一种耐辐射光纤。

随着研究的逐渐深入，研究人员不再局限于纯硅光纤，掺F等各种掺杂光纤也被用来制作布拉格光栅。2006年Fernandez研究小组[20]利用Ge-F共掺光纤制备化学成分光纤光栅，这类光纤不是简单的对光纤材料进行掺杂，而是将F离子直接以化学方法引入纤芯和包层，从而实现了对光纤成分的改性，研究者对其进行了2000 MGy的高剂量辐射，结果发现这类FBG性能较差，经长时间辐射后布拉格峰位移动达10 nm左右，损耗达10 dB，表明该传感器不适合用在核辐射环境中，其RIA和波长漂移如图2a、b所示。

之后的研究重点转向了光栅光纤的组成成分和涂覆层。Gusarov等[21]选用了12种不同成分的FBG进行核辐射下的布拉格波长漂移情况测试，发现在各种掺杂光纤中，纯硅光纤和掺F光纤FBGs具有更好的耐辐射特性，如图2c所示，图中所示波长漂移最小的10号FBG纤芯中不含有Ge成分，1 MGy的辐射总剂量下BWS仅为50 pm，而BWS最大的5和8号光栅的纤芯中含有摩尔分数为21%和10 %的GeO2，适合用作辐射剂量的监测。与此同时，该小组还分析了光栅种类对核辐射的敏感性，图2d给出了I型、II型两种FBG在辐射下的波长移动，对于I型FBG其波长在100 kGy辐射剂量下的移动达80 pm以上，而II型FBG仅为30 pm，且在辐射剂量15 ～ 20 kGy时该数值达到饱和，之后不再随辐射剂量的增加而增大，该类FBG经过一定的饱和辐射剂量后可以用在核辐射环境中进行温度和应变的传感。

图2 化学成分光纤光栅及不同类型光栅的辐射损耗和布拉格波长特性[20-21]Fig.2 Radiation induced attenuation and Bragg wavelength characteristics of chemical composition FBG and different types of gratings after radiation [20-21]

光纤涂覆层方面，Henschel等[22]选用丙烯酸酯、有机陶瓷、聚酰亚胺作为FBG制备完成后的涂覆层，并选用机械剥除有机陶瓷层作为对照，对FBG进行40 kGy的辐射，辐射后的峰值衰减和布拉格波长移动情况如图3a、b所示。由结果可知，涂覆层对FBG的布拉格波长处的峰值影响不大，而对波长的移动有较大的影响，图3b中波长移动最大的FBG为有机陶瓷涂覆的光栅，移动最小的是剥除陶瓷层的光栅。由该结果可知，利用不同种类和厚度涂覆层FBG对辐射的敏感性差异可以选用不同光栅实现辐射剂量的测量和辐射环境下的传感应用。

Gusarov等[21]对FBG载氢过程中所用的氢气压力也进行了研究。选用Corning单模光纤制备的FBG刻写前选择了不载氢、10、20和30 MPa氢气压强进行处理，并将制备的不同FBG置于辐射环境中进行测试，结果如图3c所示。图中不载氢的FBG具有最小的BWS，100 kGy辐射下波长漂移仅为12 pm，随着载氢压力的逐渐增加，FBG的波长漂移情况越来越明显。通过在刻写FBG过程中对光纤施加一定的拉力，发现FBG的波长漂移没有明显变化。

图3 核辐射对不同涂覆层和不同载氢压强下FBG布拉格峰值和波长漂移的影响[21]Fig.3 Effects of nuclear radiation on Bragg peak and wavelength drift of FBG under different coatings and different H2 loading pressures [21]

2011年Henschel研究小组[22]选用Corning单模光纤、掺F的Fujikura和Draka光纤、纯硅光纤(PSC)4种光纤制作FBG，其中掺F的Fujikura和Draka光纤具有相对较小的辐射损耗，Voloshin等[23]也证实了这一结论(图4a)。4种FBG均采用飞秒激光刻写，然后在辐射率为1 Gy/s进行核辐射，当辐射量达到100 kGy时停止辐射，对其波长移动情况进行表征发现，BWS与RIA具有相同的趋势，掺F的Fujikura和Draka光纤刻写的FBG具有最小的辐射损耗和波长漂移。辐射前后FBG温度和应变的传感结果表明，辐射前后温度系数和应变系数有不同程度的变化，使用过程中需要再次定标。同时该研究组得到掺N光纤[24]具有更好的抗辐射特性的结论。

核辐射对光纤布拉格光栅传感器影响的作用机理一般有以下几种观点。一是辐射对光栅的影响与光纤本身的化学组成和刻写入方法有关，Fernandez等[18]和Gusarov等[21]研究表明，辐射造成的布拉格波长移动主要是由光纤纤芯的材料决定，不同材料对辐射的吸收不同，从而影响其有效折射率的改变。二是认为光纤的成分对辐射并不敏感，辐射造成FBG波长移动主要是由于光纤载氢过程中的氢气压力和光纤所受拉力造成的，没有进行载氢预处理的FBG经过辐射后波长漂移是最小的[25]。第三基于色心产生模型[26]，色心的形成主要由于光纤在拉制过程中存在缺陷形成了缺陷能级，辐射造成的电离效应引起缺陷能级电子电离形成色心，而色心又会对光纤的吸收光谱产生影响，并因此导致折射率变化，辐射过程中，色心不断产生和湮灭，当辐射剂量达到一定量级时，两者将达到动态平衡，直至饱和，该模型也解释了文献[22]中FBG的BWS在一定的辐射剂量下达到饱和的现象。

图4 4种不同FBG的辐射损耗、布拉格波长移动、温度变化系数和应力变化系数[23]Fig.4 RIA and BWS of FBG and their temperature coefficient and tensile stress variation coefficient[23]

通过光纤布拉格光栅传感器在光纤成分、载氢情况、光栅种类等方面对核辐射的响应情况可以看出，光纤成分是对光栅波长移动和损耗影响最大的因素，综合分析来看，在掺F、掺有微量Ge的光纤上刻写的布拉格光栅封装成的传感器在核辐射环境中受到最小的影响，该类传感器可应用于核辐射环境中进行单点式温度和应变的传感。

2.2 分布式光纤传感器在核辐射环境中的应用

对分布式系统而言，传感器设计中最关注的两个参数是传输距离和空间分辨率，而传输距离受到传输损耗的限制，辐射对分布式系统的影响也主要表现在辐射引起的传输损耗RIA上，本文对核辐射对基于3种不同散射信号的DTS系统的RIA影响进行阐述。

2.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感系统在核辐射环境中的应用

瑞利散射信号是3种散射中信号最强的，但是由于基于瑞利散射的传感器在制造和使用中有很多不便，同时温度测量范围相对较小，在核辐射方面的相关研究较少。Sang等[27]选用不同涂覆层和不同掺杂的光纤研究了几种瑞利传感器在DTS中的应用，并将其温度测试结果与标准热电偶的结果进行了比较，结果如图5所示。可以看出在高中子流辐射区，辐射引起的温度升高可到100 ℃左右。不同辐射下4种不同光纤在辐射下的变化趋势基本一致，其中由于金属的热膨胀系数较大，使得铜涂覆的光纤表现出最大的光谱移动。同时，可以看出掺杂对光纤的光谱移动具有很大的影响，忽略铜涂覆层的膨胀系数差异，掺有20 % GeO的光纤具有更大的光谱移动。其次为10%掺杂的光纤，纯硅光纤具有最大的辐射不敏感性，适合用作核辐射环境中的传感光纤。反之，掺杂的光纤对辐射极为敏感，是制作辐射剂量探测器的合适选择。

图5 不同种类光纤经不同辐射下的光谱移动[27]Fig.5 Spectral response of different types of optical fibers to the thermal environment induced by the neutron irradiation [27]

2.2.2 基于布里渊散射的分布式光纤传感系统在核辐射环境中的应用

布里渊光纤传感器主要受频率调制，对辐射引起的损耗和吸收并不敏感，所以在核辐射环境中具有较大的应用潜力[28]。

Phéron等[28]选用纯硅光纤、掺微量F光纤和高掺Ge光纤进行了对照，在经过10 MGy的γ射线辐射后，分析了γ辐射对布里渊分布式光纤系统的影响。其辐射导致的光纤损耗和布里渊频移情况如图6所示。从图6a可以清楚地发现，随着辐射剂量的不断增加，3种布里渊光纤均表现出辐射损耗增加的现象。从损耗情况来说，轻微掺杂F元素的光纤损耗最低，说明相对于裸光纤和重掺光纤而言，少量掺杂有助于光纤的抗辐射特性。同时可以看出即使对于损耗最小的光纤，在经历10 MGy的辐射后其损耗也达到了50 dB/km，对比不经受核辐射的光纤，这个值已经相当大了。故就辐射总剂量达到10 MGy的布里渊系统而言，光纤的最佳传输距离仅为几百米，如果辐射量增加，该距离将继续缩短。除此之外，近几年布里渊散射相关研究也证实了相比于掺Ge光纤，掺F光纤在布里渊散射相关传感器方面具有更强的耐辐射特性[29]。图6b中布里渊频移的峰值情况也反映了该问题，即随辐射剂量增加，分布式布里渊光纤传感器性能逐渐弱化。

图6 核辐射对基于布里渊散射的分布式光纤传感系统的影响[28]Fig.6 Effects of γ-radiation on the Brillion based distributed optical fiber sensor[28]

将3种布里渊光纤随辐射剂量的频移量进行对比，可以得到表1所示的结果。布里渊频移与光信号损耗结果表现出相同的趋势：3种光纤中微量掺杂的光纤具有最佳性能，经过10 MGy辐射后频移仅为2.3 MHz，重掺的光纤则达到了17.8 MHz，且少量掺杂F元素的光纤在辐射剂量为3 MGy后就表现出饱和现象，该结果说明轻掺F的光纤是做分布式布里渊光纤传感器的最佳选择。Sang等[27]指出，在将布里渊散射用作温度传感时，布里渊频率每改变1 MHz意味着温度改变1 ℃，结合该小组的研究可以认为辐射剂量对轻微掺F光纤的布里渊频移影响表现在温度传感中有2 ℃左右。

表1 3种光纤布里渊频移量汇总

此外，Sang等[27]重点研究了基于布里渊散射的分布式光纤温度和应变传感器经过辐射后的温度系数和应变系数，结果如图6c、d。经过不同剂量的γ射线辐射后，3种光纤制成的温度和应变传感器还保留了线性响应的特性，且3种光纤的温度和应变系数变化都不大，最大的掺F光纤温度传感器在经历10 MGy辐射后也仅变化了0.1 MHz/℃，即外界环境实际每变化1 ℃，所测温度与标准值差不超过0.1 ℃。

综合上述结果可以看出，基于布里渊散射的光纤传感器在分布式测量中具有广阔的应用前景，其优势和缺点都很明显，优势在于核辐射对温度和应变系数影响不大，缺点是光学信号衰减较大，传输距离受到极大限制。微量掺杂在保持光纤中光信号衰减和布里渊频移上具有明显优势，可以通过优化光纤设计和寻找最优掺杂浓度等方法克服使用过程中出现的问题。

2.2.3 基于拉曼散射的分布式光纤传感系统在核辐射环境中的应用

拉曼散射对温度极其敏感，因此基于拉曼散射的分布式传感器多用于温度传感中，其解调机理依赖于斯托克斯光和反斯托克斯光的相对强度，辐射对该系统的影响也通过影响光信号的损耗来表现，然而斯托克斯光和反斯托克斯光对辐射的响应存在差异，从而对两种光强产生影响，进而使温度解调出现异常，需要对测试系统进行修正。对于拉曼散射分布式光纤温度传感器(RDTS)而言，对其信号影响最明显的也是RIA，Kimura等[30]研究表明，温度对RIA有很大的影响，相较于低温，300 ℃时其衰减可减小几个数量级，故RDTS多用于核反应堆的冷却循环过程中。常用的对拉曼散射传感器的修正主要包括以下两种方法：热电偶校准和环形装置校准[30]，其基本结构可由图7描述。图7a所示的热电偶校准中，在一段长度为LAB的RDTS光纤起点A和终端B分别放置两个标准热电偶，由热电偶读出的温度分别为TA和TB，则经过校准后距离A点LAC、距离B点LBC的任意点C的准确温度TC可由下式表示：

(2)

(3)

其中，k为波尔兹曼常数，h为普朗克常数，c为真空中的光速，υr为拉曼散射光的波数移动量，IA和IS分别为对应的反斯托克斯和斯托克斯光的光强，则IADR和ISDR为辐射环境中D点的反斯托克斯和斯托克斯光强分量。与标准热电偶校准相比，该方法不受环境温度场和辐射剂量均匀与否的影响，具有更强的普适性。Kimura等[30]小组的研究结果证明了该结论，他们将RDTS系统用在JOYO快速反应堆中进行温度测量，对测量结果进行两种方式修正，并将修正后的结果与环境的标准温度进行对比，结果发现修正后的结果与真实的辐射环境下的温度吻合得较好，在一些辐射损耗较小的区域由于辐射造成的温度不均匀导致环形装置修正优于热电偶修正。

环形校准装置的使用在一定程度上浪费了光纤，于是一种新的双端拉曼温度传感器应运而生[31]。双端拉曼检测方法无需进行修正，原因在于双端检测的结构设计，此方法可用图7c简单描述。本装置选用普通商用光纤作为传感元件，将光纤首末端嵌入RDTS系统内部，光源从1和2两个端口分别发出且同时检测后向传输的光信号，如图7c所示，将1和2端口的探测信号叠加便可将微扰、辐射等引起的损耗进行滤除，从而实现只对温度的传感。Fernandez等[31]将这种装置应用于辐射环境进行温度监测，得到图7c所示的结果。

图7 RDTS3种校准装置 [30-31]Fig.7 Calibration set-up of RDTS[30-31]

将双端测试的RDTS系统置于辐射环境中进行温度测试，经过94 h和142 h辐射后，当环境温度不发生变化时，DTS测试的温度漂移量仅为1 ℃，这一结果表明选用这种手段可以有效提高RDTS在辐射环境中的测量精度。同样，将双端测试系统置于辐射剂量达326.8 kGy的环境中与标准热电偶测试结果对比，由于热电偶和RDTS测试位置的差异，两者的测试结果总是存在10 ℃左右的差值，但是核辐射前后两者的温度差保持在0.5 ℃，这一结果表明双端测试的RDTS可以用于高辐射剂量环境中进行长期温度监测，并能保持良好性能。

除了双端检测，近年来还发展起来了一种利用双光源改进的基于拉曼散射的分布式温度传感器[32]。该方法使用双光束入射将产生的斯托克斯光和反斯托克斯光限制在波长不同的双光束内，使得两种拉曼散射光信号自行校正，增强了系统的抗辐射特性，该系统可工作于辐射剂量为MGy量级的高辐射环境中。通过对该方法进行优化改进，将有可能实现0.2 ℃的高精度。实验结果还表明，掺P的光纤对辐射较为敏感，适合用作核辐射探测器；反之，掺F的光纤具有更强的耐辐射特性。

2.3 光纤法布里-珀罗(FP)传感器在核辐射环境中的应用

在核辐射环境中，由于辐射导致的波长选择性吸收，光纤FP传感器表现出较大的信号衰减，且辐射结束后信号几乎没有恢复的趋势，严重影响了其在核辐射环境中的应用；而即使只经过小剂量的核辐射，应力传感器的信号也直接衰减到探测极限以下，传感器不能正常运行。由此可见，光纤FP传感器更适合用作温度传感。

对于光纤FP温度传感器而言，辐射主要通过改变传感器的热光系数来影响其温度传感特性。周次明等[3,11]研究表明，该类传感器只适合于辐射量不高于1 MGy的环境下，此时传感器的热光系数改变量约为3%，得益于信号处理技术的升级和功率损耗的降低，现有传感器可承受的核辐射剂量不断提高，有些已经达到1.33 MGy。

由此可见，相比于光纤布拉格光栅传感器和分布式光纤传感器，光纤FP传感器在核辐射环境中的应用受到极大的限制，这类传感器能承受的核辐射剂量仅为MGy量级；相对于其他两种类型的光纤传感器，其升级和应用更多依赖于信号处理系统。

3 存在问题与未来发展方向

本文通过综述光纤传感器在核辐射环境中的应用研究进展，对其受核辐射影响下的损耗情况和性能改变进行了阐述。对于FBG传感器而言，核辐射对其最大的影响主要表现在布拉格波长受核辐射引起的漂移。通过对照几种不同成分、不同涂敷层的光纤可以看出，掺F光纤制成的FBG在辐射环境中具有最佳的稳定性。对于分布式光纤传感器，基于布里渊散射和拉曼散射的DTS更具潜力，分布式光纤布里渊传感器在较高强度的核辐射下仅出现2 ℃左右的温度漂移，而经过特殊手段修正或选择合适的装置后RDTS可将温度漂移缩小到1 ℃左右。而基于法布里-珀罗腔的光纤传感器则由于其自身的性质在核辐射环境中运行受到较大限制。

但是，核辐射环境下的光纤传感器应用当前仍处于研究阶段，距离大规模应用于核反应堆、核电站、核废料处理等场所和环节，为核能产业的安全有序生产提供精确参考还有很长的路要走。基于目前的应用研究现状，认为该领域未来的发展方向为：

(1)光纤布拉格光栅传感器

由于光纤材料本身受到核辐射影响会产生损耗，主要的研究工作将集中在制造强辐射下低传输损耗的、具有更高的强度和耐久性的光纤。国内相关机构已制备出室温下辐射前损耗为1.25 dB/km，辐射终止后1000 s最大衰减常数仅为2.75 dB/km的光纤。与此同时，光纤材料掺杂也是应当大力发展的方向，如掺F、掺N、表面涂碳和蓝宝石基等光纤，其中利用涂碳光纤制作的分布式裂缝传感器可达到0.02 mm分辨率和1～4.5 nm的动态范围。然而，制约这些特种光纤大规模应用的最大问题是成本高。

(2) 分布式光纤传感器

分布式光纤传感器一般需要进行校准，其发展方向为模式识别算法和解调软件的不断升级。通过优化使得机箱尺寸不断变小，便携式分布式传感器将成为现实。将具有抗辐射特性的光纤与分布式传感器相结合，有望在核辐射环境中得到更好的应用。

(3)光纤FP传感器

该类传感器的发展也有赖于抗辐射光纤材料本身功率损耗的降低和信号处理系统的优化升级，这是包括电子类器件在内所有传感器的发展方向。