针对光纤连接器核心部件之一光纤准直透镜信号精密耦合问题，采用双合透镜设计了一种单模大光束光纤连接器。通过分析双合透镜特性、光纤准直器阵列中的多光学器件耦合机理和准直透镜间的3种耦合偏差引起的传输损耗，推导出该耦合系统的传输损耗公式。基于MATLAB分析得到：角向失配对准直器的耦合损耗影响最大，轴向失配影响最小。利用光学仿真软件ZEMAX在序列和混合模式下对连接器进行模拟，用Origin绘制出不同失配情况下信号耦合效率曲线，结果表明单模光纤芯径为12 μm时，耦合效率达到92.42%。最后通过光学平台搭建实验系统，验证了仿真结果的准确性。

利用集成光学技术设计并研制了一种时域测量电力系统中工频强电场的传感器, 体积为80 mm×18 mm×7.5 mm.采用调谐光源波长的方法补偿环境变化带来的工作点漂移, 形成π/2的静态工作点, 从而使传感器稳定地工作在线性区.理论分析了一种带有电极对的集成电光工频电场传感器.根据国标GB/T127201991建立了工频电场测试系统, 对传感器的时域动态范围进行了测试.结果表明：传感器时域可测电场范围为0.35~125 kV/m, 线性相关系数为0.997, 线性动态范围达51 dB, 适合用于工频强电场测量.

为了抵消自然双折射引起的Pockels电场传感器的工作点漂移, 设计了一种基于波长控制的铌酸锂晶体强电场传感器。设计的传感器系统包括: 可调谐激光器、Pockels传感器、微控制单元及光电探测器。采用微控制器控制可调谐激光器的输出波长, 使传感器具有π的固有相位偏置, 即使传感器工作在线性区。仿真结果表明: 当设计的传感器晶体长度大于0.45mm时, 在1530 ~1565nm范围内可以找到使传感器工作在线性区的工作波长。最后结合传感器最大可测电场与半波电场之间的关系Emax≈0.3Eπ, 得出传感器晶体长度为6.32mm, 光沿z方向传播, x方向加电场, 传感器最大可测电场为1000kV/m, 此时调谐传感器的工作波长为1546.1nm可以使传感器工作在线性区。

光纤传感器测量温度变化时为消除外加应力应变对温度产生的影响,设计了双套管式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器,双层结构用来隔离外加应力应变。对温度传感器建立平衡态模型, 并进行有限元热分析,仿真结果分析表明,当温度从20℃跃变到70℃、70℃跃变到20℃时,温度响应时间分别为t0.9=50±1s、t0.9=60±1s。并与水浴法测温实验结果(t0.9=52s、t0.9=63s,灵敏度为9.8410-3nm/℃,线性度为99.88%)相比较,时间偏差小于3s。

隧道二次衬砌性能劣化是影响隧道健康运营的主要病害, 利用光纤通信技术对二次衬砌进行结构安全性分析, 是保证隧道工程健康运营的重要手段。以埋入式光纤Bragg光栅应变传感器对田心隧道二次衬砌监测的实际数据为依据, 选择最佳的典型函数模型对隧道的监测数据进行非线性回归分析, 得出能够反映应变发展变化趋势的回归曲线, 预测支护结构(监测点)的应变趋势, 判断支护效果, 对隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析, 从而实现对隧道结构部的稳定性判断。

研制了一种双套管式光纤Bragg光栅温度传感器, 以实现无外力作用的温度测量。其中外套管隔离外加应力应变, 在内套管内松弛地放置光栅以隔离封装结构的表观热应变。引入引出尾纤穿过带孔螺栓, 以探测多个串联光栅。为了避免光栅处于张拉状态, 封装在外套管1、外套管2和内套管中的光纤余长应分别大于1.4 mm, 1.8 mm和0.4 mm。试验结果表明, 该光栅传感器的温度响应灵敏度为9.671×10-3 nm/℃, 温度测量分辨率为0.1℃。当水温从20℃跃变到70℃时, 该传感器的温度响应时间分别为t0.5=15±2 s和t0.9=52±4 s。当水温从70℃跃变到20℃时, 该传感器的温度响应时间分别为t0.5=26±9 s和t0.9=63±8 s。

提出一种相位掩模干涉仪用于对光纤光栅写入不同的Bragg波长。该系统中，光纤光栅由两块可旋转棱镜所形成的紫外干涉条纹写入，其中相位掩模被用作 1级衍射光的分束器。当两块顶角由相位掩模的 1级衍射角和棱镜折射率确定的棱镜的底部相互平行放置时，该相位掩模给出了Bragg波长的参考值。当Bragg波长的频移为1 nm时，棱镜最大的旋转角为1°，最小的旋转角是2.4′。与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角23″/nm相比，该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2~3个数量级。该可调谐相位掩模干涉仪仅用一块相位掩模和两块旋转棱镜就可实现写入具有不同Bragg波长的光栅，替代了许多具有不同光栅周期的相位掩模。

将一种可旋转的双棱镜引入到相位掩模技术中以改变光栅的写入Bragg波长.在该系统中，光纤光栅是由来自可旋转双棱镜所形成的波长为248 nm的紫外干涉条纹写入的，其中，相位掩模被用作 1级衍射光的分束器，通过双棱镜的旋转可改变两写入光束的交叉角.为了初始化Bragg波长的参考值，双光栅的顶角由相位掩模的 1级衍射角和双棱镜的折射率确定.因为在~100 nm范围内两光束的非对称旋转对光栅周期的改变是5×10-4 nm，双棱镜引入的光栅的闪耀可忽略.当Bragg波长的移位为1 nm时，棱镜最大的旋转角为~1 degree，最小的旋转角是~2.4 min.与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角~23 s/nm相比，该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2~3个数量级.

一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中，光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的，其中，相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅，有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。