根据薄膜型光纤温度传感器的感温原理及光学薄膜的应力特性, 利用膜层干涉的特征矩阵分析了传感元件的传感特性, 建立了薄膜型光纤温度传感器的热应力特性及其对传感特性影响的理论模型。通过对薄膜和光纤的热光效应和热膨胀特性的分析, 对比了蓝宝石光纤、纯硅芯光纤和普通多模光纤三种光纤基底的热应力-温度特性, 设计了高温传感器传感探头的薄膜膜系, 分析了膜系中每层膜的热应力-温度特性, 以及临界载荷应力特性, 确定所选光纤基底脱膜的临界应力值。通过模拟不同应力作用下的光谱传感特性, 为传感器薄膜敏感探头的稳定性和可靠性提供理论依据和支持, 提高传感器研制的效率。

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上, 综合运用光学薄膜法布里珀罗腔(FabryPerot)干涉理论, 采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里珀罗传感器的仿真分析程序, 模拟了薄膜型光纤法布里珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性, 分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重, 并进行了实验验证。验证结果表明, 传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致, 纳米薄膜光纤法布里珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系, 对传感探头的研制具有指导意义。

为了研制结构简单、成本低、可批量生产的微型光纤温度传感器, 分析了薄膜干涉型光纤温度传感器的原理, 选用ZrO2和Al2O3两种介质薄膜材料, 采用TFCalc膜系设计软件设计了薄膜干涉型光纤温度敏感探头的膜系, 由南光ZZS1100-8/G箱式真空镀膜系统采用电子束蒸发技术在普通多模光纤端面蒸镀介质薄膜, 形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)薄膜干涉, 并搭建光纤温度传感测试系统, 测试结果表明: 在200~600 ℃范围内, 所设计的干涉型光纤温度传感器的测试光谱随温度变化产生一定的波长漂移, 且波长漂移的温度特性为线性, 线性相关系数为99.7%, 灵敏度为8.37×10-6/℃。基于法布里-珀罗干涉的薄膜型光纤温度传感器体积小, 成本低, 结构紧凑, 可批量生产, 适合安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合。

为了研究镜像磁光光子晶体在外磁场中透射谱的变化, 采用4×4传输矩阵法进行了理论分析和模拟计算。模拟结果显示, 当外磁场存在的情况下, 镜像光子晶体中存在的缺陷模会受到外磁场和光子晶体层数的影响, 分裂成两个模式, 这两个模式分别对应于原线性偏振光中的左旋光和右旋光, 且左旋光和右旋光之间的频率差会随着外加磁场的增强而增大; 只有当光子晶体结构多于7层时, 缺陷模才会具有较高的Q值, 这时模式的分裂现象才能被清晰地观察到。结果表明, 磁光光子晶体的这种可调谐性可以应用到新型的滤波器设计当中。

采用4×4 传输矩阵法研究了一维镜像结构光子晶体的应力效应，重点研究了应力导致的各项异性对缺陷模的影响。模拟结果显示，应力作用导致的晶体厚度的改变，将会导致透射谱中缺陷模的明显移动，缺陷模的移动和晶体厚度呈现线性关系。进一步研究证实，对于不同材料，应力作用导致的介质的各向异性将加强或削弱这一效应。在如今对传感器精度要求越来越高的情况下，光子晶体的这些特性在压力传感器的设计制作中显示出潜在的应用价值。