导语
近日，一项来自上海交通大学的研究团队在《Light: Science & Applications》期刊上发表的研究成果(https://doi.org/10.1038/s41377-026-02265-x)，提出了一种全光光纤传感与传感器内计算架构，实现了纳秒级延迟、无电子计算资源依赖的全光域信号解调，为下一代高速、低功耗、大规模光纤传感网络提供了全新路径。
核心内容
1.传统架构的瓶颈
传统光纤传感系统通常采用“感知+传输+电子计算”分离的结构。光信号先被转换为电信号，再通过FPGA、GPU等电子处理器进行解调。这一过程引入微秒级以上的延迟，并且在多传感器、大规模部署场景下，计算压力和功耗显著上升。
2.AOFs-IC的创新架构
研究团队提出的全光光纤传感与传感器内计算架构，实现了以下突破：
全光域信号解调：无需光电转换，直接在光域完成感知信息的提取。
散射介质+衍射光学网络：利用多模光纤对波长、偏振、模式等敏感的特性，将物理量变化编码为散斑图案，再通过光学衍射网络线性映射为输出光强。
直接读出测量结果：最终输出光强与待测物理量（如应变、扭转角）呈线性关系，可由光电探测器直接读取，无需任何数字算法。
3.实验验证成果
研究团队在多个典型光纤传感任务中验证了该架构的有效性：
FBG应变传感：在150με范围内实现2.78με分辨率，在2.5mε范围内实现0.0688mε分辨率。
扭转角分类：在0°-360°范围内实现100%分类准确率，步进分辨率达45°。
多参量同时感知：在一根多模光纤上同时测量应变与扭转角，分辨率分别为2.28με和0.74°。
机器人关节监测：在3自由度机械臂上实现多角度同步解调，误差小于1.9°。
高速动态信号：成功测量10kHz和150kHz动态应变信号，延迟低于3纳秒，比传统系统快两个数量级以上。
研究意义
1.彻底摆脱电子计算依赖
整个感知过程中，无需任何电子处理器（FPGA、GPU、MCU），所有解调在光域完成。
2.实现真正意义上的“光速传感”
光学计算延迟仅0.08ns，加上光纤传输与编码，总延迟<3ns，可应用于冲击波、超声振动、高速旋转等极端场景。
3.天然支持多参量、多位置复用
一根光纤可同时感知多个物理量（应变+扭转）或多个位置（如机械臂多个关节），输出通过空间分离的光斑读出。
4.为下一代“光计算+光传感”融合铺路
该工作证明了在传感器中直接进行光学计算不仅是可行的，而且性能卓越。未来结合片上散射介质、无源衍射光学网络，有望实现更小、更稳、更低功耗的集成光传感系统。
图1：具有传感器内计算能力的全光光纤传感架构（AOFS-IC）
图2：不同动态范围下的全光应变估计
图3：离散扭转状态的全光分类
图4：应变与扭转的同时全光传感
图5：高速高精度全光应变传感
图6：基于AOFS-IC的机械臂多自由度关节角度估计
【注】小编水平有限，若有误，请联系修改；若侵权，请联系删除！
