针对特定场合对光声光谱气体检测系统中光声池特征频率的设计需求，利用有限元分析法，以一阶圆柱形共振光声池为研究对象进行声学模态仿真，获得了前8阶声学模态；仿真分析谐振腔、缓冲室的半径和长度对光声池特征频率和光声信号强度的影响。仿真结果表明：当谐振腔半径为3 mm时，谐振腔长度为120 mm，缓冲室的半径、长度分别为14.7 mm、60 mm是光声池特征频率在1 400 Hz附近的最佳尺寸。

为了进一步增大光纤应力传感的测量范围, 设计了一种基于涡旋光束与平面波光束干涉的光纤马赫-曾德尔干涉型(MZI)应力传感器, 提出一种新型应力解调模型。利用主成分分析法提取了叉状干涉图样集的主要特征, 得到两光束间相位差与其对应干涉图样对于主要特征的相关系数之间的关系, 并根据应力-相位差关系, 进而得出了应力与相关系数之间的关系; 搭建了基于涡旋光束与平面波光束干涉的应力传感实验系统, 研究了系统的应力传感响应特性。实验结果表明: 该传感器的应力响应灵敏度为0.25694 rad/MPa, 最大应力测量量程为3392 με。

表面等离子体共振(SPR)技术在外界环境折射率测量上有着广泛应用。设计了一种对称平板波导结构，利用时域有限差分法对波导结构中SPR效应与外界环境折射率的关系进行数值模拟，对金属材料选择以及传感区域长度进行了优化，并研究了不同阶次的模式对传感器灵敏度的影响。仿真结果表明：当外界环境折射率为1.38时，相较于基模条件下4100 nm/RIU的灵敏度，三阶模传感器的灵敏度提高到6209 nm/RIU，最大灵敏度提高了51%；当外界环境折射率为1.34~1.38时，传感器平均灵敏度从2900 nm/RIU提高到4025 nm/RIU。

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题, 该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发, 通过深入分析了FBG在-60~25 ℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证, 得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明, FBG在低温环境下具有良好的响应和重复性, 这对FBG在低温环境中的应用具有重要指导意义。

为研究不同材料对法布里-珀罗(F-P)干涉声传感器性能的影响。采用几种不同金属材料, 设计制作了基于光纤端面—膜片非本征型F-P干涉声传感器, 利用有限元方法对圆形振动膜片进行模态分析, 得到了一阶固有频率。实验结果表明: 由金、锌合金材料制作的传感器可探测较低声压, 且传感器灵敏度较高、对外界声波信号响应成良好的线性关系。

为了便于检测液体pH值, 通过将多模光纤剥除涂覆层后, 经过化学腐蚀, 在腐蚀区域涂覆对pH敏感的溶胶-凝胶膜, 从而制作了一种基于纤芯失配的马赫-曾德尔干涉pH检测传感器。使用光谱仪来检测该传感结构对pH样品溶液的响应光谱, 并对响应光谱数据进行分析。实验结果表明: 当样品溶液pH值在4.02~10.01范围时, 响应光谱波长漂移量与pH值变化呈良好的线性变化规律, pH值每变化1个单位, 所检测波谷中心波长向短波方向漂移567 pm。该传感结构经过涂敷之后具有良好的机械强度, 可更好地应用于液体的pH检测。

针对两点封装, 建立光纤光栅加速度检波器通用模型, 理论推导加速度检波器灵敏度和谐振频率的解析表达式, 深入研究加速度灵敏度和谐振频率的影响因素, 讨论封装光纤刚度系数与检波器结构刚度系数之比对检波器响应特性的影响, 并分析刚度比分别在0~1、0~100范围随着等效质量的增大(0 g~100 g), 加速度灵敏度和谐振频率的制约关系, 及在0 Hz~500 Hz(中低频)和0 Hz~1 200 Hz(中高频)范围内灵敏度的变化规律。此外, 分别以封装光纤长度为10 mm和60 mm举例分析长度对上述二者的影响, 各项仿真中灵敏度均会高达~1 000 pm/G, 并引入品质因数的概念。所提理论研究对FBG加速度检波器的设计和综合性能的评价具有重要的指导意义, 为器件参数优化提供理论依据。

提出并制作了一种基于多模干涉的在线型光纤迈克耳孙干涉仪,干涉仪由多模光纤熔接单模光纤构成。光从单模光纤进入多模光纤时,由于纤芯失配会激发出多个高阶模,这些高阶模与纤芯基模在多模光纤中耦合并发生模间干涉。制作的传感器样品的干涉谱条纹清晰,对比度高。液体折射率传感和温度响应特性实验结果表明在1.3333~1.3796 RIU的折射率范围内,干涉仪的液体折射率灵敏度为-92.43 dB/RIU;在25~75 ℃的水温范围内,干涉仪的液体温度灵敏度为0.01 dB/℃。传感器结构简单,易于制作,成本低廉,其探针式结构在生物医学、石油化工等领域有一定的应用前景。

为了简化光纤液位传感器的设计与制作工艺, 提出了一种基于纤芯失配模间干涉的在线型光纤迈克耳孙干涉仪, 由单模光纤熔接一段细径光纤构成。单模-细径光纤熔点处充当耦合器, 激发出光纤高阶包层模, 纤芯基模与高阶包层模被细径光纤端面反射后传输至单模光纤产生模间干涉并输出。传感器干涉条纹清晰、对比度高, 对环境液位改变敏感。对细径光纤长度为12 mm的传感器进行了不同溶液液位和温度响应特性的实验研究, 实验结果表明在0~9 mm 的液位变化范围内, 干涉谷波长与液位呈线性关系, 水液位灵敏度为－0.116 nm/mm, 质量分数为4.7%的 NaCl溶液液位灵敏度为－0.129 nm/mm；在20~80 ℃的水温变化范围内, 干涉谷的温度灵敏度为0.038 nm/℃。传感器结构简单、制作简便, 而且成本低廉, 在石油化工等领域具有较好的应用前景。

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器, 传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入, 经过第1个粗锥时, 将激发出若干高阶模, 各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时, 细锥区倏逝场随之变化, 最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化, 可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明, 在35%～85%RH的湿度变化范围内, 透射谱的能量具有相同变化趋势, 处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH, 温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高, 温度交叉敏感小等特点, 具有很好的应用前景。