针对海洋剖面观测的需求和传统投弃式海洋温度剖面测量仪(XBT)存在的问题,提出一种基于光纤布拉格光栅-长周期光纤光栅(FBG-LPG)级联结构的光纤海水温深剖面传感器(光纤XBT),设计了传感器光路,利用光纤端面反射镜简化了光路结构,通过调整反射率优化了系统性能。实验表明,当光纤端面反射率在48.8%~72.5%时,FBG和LPG的谐振峰相对强度较为合理,整体光谱波形较好,利于解调。

光纤光栅是光纤传感和光纤通信领域的重要器件之一, 光纤光栅的级联因其特性新颖一直是研究的热点。着重介绍了光纤布拉格光栅-长周期光纤光栅(FBG-LPG)级联结构在包层模式再耦合、边缘滤波和独立级联3方面的研究进展, 讨论了各自的技术难点, 并提出了改进意见。针对透射型FBG-LPG光路复杂的问题, 提出一种反射型FBG-LPG独立级联结构, 简化了光路, 优化了系统性能, 并进行了实验验证。在此基础上展望了FBG-LPG级联结构的发展趋势。

提出一种利用波长调制与谐波检测技术测量环境湿度的新方法。利用可调谐二极管激光光谱吸收技术, 选择948 nm波段的H2O分子吸收谱线作为特征谱, 并采用反射式开放气室, 研制了光路系统结构简单、易于调节的新型湿度传感器样机。实验结果表明, 该激光湿度传感器响应频率为40 Hz, 湿度测量误差在±1.2%以内, 能够满足对湿度高动态、高精度测量的需要。

为了实现二氧化碳气体温度的实时、非接触测量, 研究基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的温度测量方法。根据单激光器的电流调谐特性和谱线对的选择标准, 选取6241.402828 ｃｍ-1、6242.672190 cm-1处的两条对温度有不同依赖关系的二氧化碳谱线进行分析。针对二次谐波幅度法和一、二次谐波幅度比值法所存在的问题, 提出应用一次谐波信号的TDLAS温度测量方案。首先测量两吸收谱线的一次谐波峰峰值和平均值, 以峰峰值和平均值的比值作为单吸收线的输出, 再以两吸收线输出值之比来实现气体温度的测量。实验结果表明: 在200~1000 K范围内, 气体温度测量误差小于30 K。该温度测量方案可消除光强波动对温度测量产生的影响, 且仅需检测一次谐波信号, 系统结构简单, 性能稳定, 可以满足二氧化碳气体温度实时、非接触测量的需要。

针对0.5%VOL以下的低浓度甲烷气体，设计了一种基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式甲烷气体传感器.调谐激光器扫描甲烷气体位于1 653.72 nm处的吸收谱线，采用一次谐波“峰-平比”对气体浓度进行测量.该方案能够有效地消除激光器光强波动和其它同类光功率波动所带来的影响，通过标定后的测试实验表明传感器测量准确度可达0.02%VOL.

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS) 技术是近年来发展起来的一种新型光纤气体传感器技术，目前这种技术主要有3类方法：谐波幅度法，一、二次谐波幅度比值法，差分法。针对这3类方法的特点与不足进行综合分析，并在此基础上提出了谐波峰平比法（PAPR）。采用该方法设计的光纤甲烷气体传感器性能稳定，样机经相关机构检测后表明，传感器响应时间为10 s，在0～5×10-3的量程内，检测精度达满量程的5%，灵敏度为2×10-5。