研究了一种能同时发出多波长激光且每个波长都是单纵模的光纤激光器。该激光器包含多个由光纤及光纤器件构成的激光复合谐振腔，每个激光复合谐振腔利用掺铒光纤作为增益介质，利用光纤布拉格光栅作为波长选择元件，使其能同时发出特定波长的激光，且能通过改变激光复合谐振腔的数量调整发出的激光波长数目。每个激光复合谐振腔都由两个子谐振腔构成，通过调整两个子谐振腔的腔长差使复合谐振腔的频率间隔接近增益线宽，进而使复合谐振腔发出单纵模激光。

为了实现对台阶高度和绝对距离等物理量的高精度干涉测量, 采用在一个光纤激光器中构建多个激光谐振腔的方法, 构建了能同时发出多波长激光的光纤激光器。每个激光谐振腔都利用掺铒光纤作为增益介质, 利用光纤光栅作为波长选择元件, 改变光纤光栅的布喇格波长, 即可改变对应谐振腔的激光波长。各个激光谐振腔独立但部分重叠, 在重叠区域利用光纤耦合器构成复合子腔, 使每个激光谐振腔都是复合激光谐振腔, 从而使每个激光谐振腔都发出单纵模激光。结果表明, 该光纤激光器能同时发出功率和频率都稳定的多波长激光, 且每个波长都是单纵模激光; 在4h内, 每个波长的波长稳定性优于0.01nm。该设计对可调谐单纵模多波长光纤激光器的研究是有帮助的。

本文研究并实验了光纤单波长激光器、光纤双波长激光器、以及光纤三波长激光器, 分别发出单波长、双波长、以及三波长激光, 分别用于对位移、台阶高度、绝对距离等参量的高精度干涉测量。利用光纤光栅只反射布拉格波长的特性, 将光纤光栅作为光纤激光谐振腔的反射镜和波长选择元件, 可以使光纤激光器具有单个或者多个独立的但光程重叠的激光谐振腔, 每个激光谐振腔有掺铒光纤作为增益介质。980 nm激光的泵浦下, 光纤多波长激光器分别发出单波长、双波长、以及三波长激光, 每个波长值可以根据需要确定, 两个波长之间的间隔也可以根据需要确定。光纤多波长激光器发出的多波长之间无模式竞争, 每个波长的功率和频率都稳定。每个波长的稳定度达10-7, 能够满足对位移、台阶高度、绝对距离进行高精度干涉测量的要求。

研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔, 每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤, 三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件, 光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉, 以及干涉信号的相位小数重合方法, 实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量, 三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中, 两相邻波长间距约为10 nm.系统对公称高度为11 mm 修正值不大于2.7 μm的台阶高度进行测量, 测量结果为11.000 059 mm.对13.000 090 mm 绝对距离重复测量20次的标准差为4.4 nm.

研究了一种复合光纤马赫-曾德尔外差干涉测量系统,并采用该系统对位移进行在线测量。基于光纤光栅只反射布拉格波长的特性,构建了两个独立但光程几乎重合的光纤马赫-曾德尔干涉仪。其中的一个马赫-曾德尔干涉仪用于完成测量工作,另一个马赫-曾德尔干涉仪用于监测环境干扰,补偿环境干扰对测量结果的影响,使测量系统适合用于在线测量。位于马赫-曾德尔干涉仪参考臂的声光调制器组可对参考光进行移频,当参考光与测量光会合时形成外差干涉信号,实现外差干涉测量。实验中,该系统对100 μm位移进行10次重复测量的标准差为6 nm。

提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息，色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片，由线阵CCD 探测。将线阵CCD 的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号，相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此，利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响，获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50 μm 的台阶重复10次测量，测量结果的标准差为6.8 nm。

为了使位移测量系统达到大量程、高分辨率, 采用复合光纤干涉的方法, 进行了理论分析和实验验证。利用光纤光栅作为反射镜, 构成两个干涉光路几乎共路的光纤迈克尔逊干涉仪。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过反馈控制补偿环境干扰对测量系统的影响, 使测量系统适合在线测量; 另一个干涉仪用于完成测量工作。两个不同波长的光同时作用于完成测量的干涉仪中, 测量量程由两个波长的合成波干涉信号确定, 使测量量程大于1mm; 测量分辨率由其中一个单波长干涉信号确定, 测量分辨率小于1nm。结果表明, 这种基于复合光纤干涉仪的位移测量系统可以实现大量程、高稳定的位移在线测量。

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪，其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化，可实现远程测量；另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术，使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值，对被测量实现绝对测量，并使测量量程不受波长限制；同时，用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6 mm，测量分辨率小于1 nm，位移实验结果的线性相关系数R为0.99。

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响，采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统。利用光纤光栅作为反射镜，两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响，实现对该测量系统的稳定；另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作。结果表明，1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿，使得该测量系统适合于在线精密测量。

利用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成能有效补偿环境干扰的光纤干涉振动测量系统。该测量系统包含干涉臂几乎重合的两个光纤迈克耳孙干涉仪,其中一个光纤迈克耳孙干涉仪利用一个电子反馈环节补偿环境干扰对测量系统的影响,以提高系统的测量精度;另一个光纤迈克耳孙干涉仪利用另一个电子反馈环节跟踪由于振动引起的相位变化,从而实现对振动幅值的测量及振动方向的确定。结果表明,该系统可对频率为0.1-200 Hz的振动进行测量,测量灵敏度为6 μm/V。