激光传感技术与应用

        随着人工智能技术的快速发展，各行各业的智能化进程也在加速。而作为日常生活最广泛接触的场景，智慧家庭的发展也愈发受到关注。智慧家庭包括诸多设备的智能化，如智慧家居、智能家电、智能安防等，同时涉及诸多技术领域，如互联网技术、自动化技术、通信技术、传感技术等。

        传感技术是智慧家庭的核心。现有的智慧家庭解决方案通常要部署多种独立传感设备，如温度计、摄像头等，存在接口成本高、占据空间、检测盲区等问题。针对此问题，激光传感技术是一种可行解决方案，同时其能够结合现有光接入网络已经部署的光纤设施，赋能智慧家庭。

激光传感技术与光纤通信结合是未来发展趋势

        激光传感技术的工作原理是激光探测信号通过光传输介质到达待测区域，使被测参量（压力、应变、加速度、声波等）与进入被测区域的激光探测信号发生相互作用后，导致激光探测信号的光学性质（光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的光信号；被调制的光信号经光传输介质进入光信号探测器进行光电信号转换，电信号经过解调处理后，获得被测参量。

        激光传感技术的重要应用按照光传输介质分为光纤传感技术和激光雷达技术，后者以自由空间作为光传输介质。光纤传感技术采用光纤作为传感材料，感知光纤周围的环境变化。现有较为成熟的光纤传感系统为分布式声学传感系统、分布式温度传感系统和分布式应变传感系统，能够实现对光纤周围的振动、温度和应变变化进行监控，感知范围覆盖数十公里，分辨率达到米级。现有产品多为专用系统，即需要部署专用的光纤线路。

        将光纤传感与光纤通信结合是一个有价值的研究方向。光纤通信已经部署了大规模的光纤基础设施，光纤传感能够实现对光纤价值的进一步发掘，使光纤在提供高速数据服务的同时兼顾传感功能，提供更为高价值的定制化服务。

        光纤传感与光纤通信结合的研究正在起步阶段。当前的光纤传感技术能够达到低于1米的空间分辨率，满足家庭内部的传感精度需要，如何将光纤传感技术与正在部署的FTTR网络结合也是重要的发展方向。初步的标准化工作已经在国际电信联盟开展，吸引了广泛的讨论，相关标准预计2026年将初步完成。

        激光雷达是激光探测与测距系统的简称。激光雷达技术利用激光传感技术，分析被调制的光信号，获得激光探测信号发射器与待测目标物体之间的距离，待测目标物体表面的反射光信号强度、频率和相位等信息，从而呈现待测目标物精确的三维结构信息，进一步可以构建出测量目标的运动情况和形态变化，可实现轨迹检测、动作识别等应用。

激光传感技术与FTTR结合的典型场景

        智慧家庭中FTTR技术能够提供到房间的高速数据连接，常见的FTTR组网方式如图1所示，分布式光纤传感技术将复用FTTR的光纤资源提供房间内部被测参量的实时感知，高速数据连接与实时感知服务的结合能够支撑智慧家庭的需要。

        消防安全是智慧家庭安全的重要一环，分布式光纤温度传感系统将实时提供家庭内部的温度信息，基于此温度信息将进一步分析家庭中的异常环境变化，进行火灾预警，实现智能安保。同时能够通过FTTR提供的高速数据连接实现火灾的远程警告以及快速报警，保障用户的人身财产安全。

        入侵检测是智能家庭的主要需求，分布式光纤振动传感系统能够基于振动信息检测来判断是否有非法入侵，同时触发激活其他的智能家庭设备，其他设备提供的信息（如视频）也能够通过FTTR技术远程传递到客户端。

        分布式光纤振动传感系统同样适用于智能家居应用，基于FTTR的光纤传感技术能够基于家庭内部的振动信息分析得到人员情况，这一信息能够辅助实现智慧开关；基于多房间的振动信息可以初步得到人员定位，进而辅助家居的自动调节；此外，光纤传感技术提供的温度信息可指导空调等电器的自主调节。

        激光雷达技术已广泛应用于自动驾驶等场景，随着产业链的日益成熟，有望应用于智慧家居。将激光雷达与光纤传感结合集成在FTTR的ONU设备，在粗粒度传感方面，可用于家庭人员安全监控、老年人帕金森疾病监测等场景，在细粒度传感方面，可用于动作分析、呼吸监测等场景，相关的传感应用将会带来崭新的市场前景。

        FTTR技术实现千兆全光接入，提供高速数据连接，激光传感技术进一步利用光纤设备与高速数据通道，提供以房间为单位的实时感知服务。FTTR技术与激光传感技术的深度耦合，能够全面发挥高速光接入网络的能力，推动智能化技术的落地。