提出了一种基于非对称马赫-曾德尔干涉（AMZI）和3D打印立体光刻树脂模块的大量程压力传感器，分析了传感器的特性，推导的公式表明传感器的灵敏度与单臂长度成正比，与衍射阶数成反比。在设计中，高灵敏度通过小的衍射级实现，AMZI压力传感器采用平面光波技术制造，压力块采用树脂（DM11）3D打印，测试灵敏度为0.3047 nm/MPa。

设计并制作了一种基于多模-细芯-多模光纤（MMF-TCF-MMF）结构的双参数测量传感器，在此结构中同时产生马赫-曾德尔干涉（MZI）与表面等离子体共振（SPR），来实现对折射率和温度的同时测量。该传感器中的两段多模光纤（MMF）作为输入输出耦合器，细芯光纤（TCF）镀上一层金属银膜作为传感臂。实验结果表明，MZI和SPR在1.333~1.412 RIU范围内折射率灵敏度分别为-70.373 nm/RIU和4888.77 nm/RIU，在20~80 ℃范围内温度灵敏度分别为73.48 pm/℃和-0.3215 nm/℃。采用灵敏度矩阵实现了双参数测量，可解决折射率传感器温度的交叉敏感。该传感器成本低、灵敏度高、制作简单，在生物化学医疗检测领域有良好的应用前景。

针对基于传统马赫-曾德尔干涉仪的差分相移键控（DPSK）解调系统对光源相干性的要求高、臂长差和码速失配容忍度低、容易受到振动和温度的影响等问题，提出了一种基于新型马赫-曾德尔干涉结构的DPSK解调系统，采用光信号两次经过马赫-曾德尔干涉结构、参考臂和干涉臂之间相对延时1 bit干涉的方式实现了DPSK信号的解调。通过仿真和实验相结合的方法验证了新型解调系统的原理正确性及其性能。在系统Q值大于7的情况下，新型解调系统臂长差和调制码速率之间的失配因子容忍区间达到了0.25~1.73，其中Q值下降小于3 dB 的区间达到了0.79~1.09。最后通过DPSK调制与解调实验以及温度稳定性验证实验证明了：在采用宽带光源（臂长差大于光源相干长度）的条件下，新型解调系统能够实现DPSK信号解调，降低了对光源相干性的要求，并且在0~70 ℃的环境中系统Q值在10以上，证明了系统具有较好的温度稳定性。

In this paper, a Bragg reflector is proposed by placing periodic metallic gratings in the center of a metal-insulator-metal (MIM) waveguide. According to the effective refractive index modulation caused by different waveguide widths in a period, a reflection channel with a large bandwidth is firstly achieved. Besides, the Mach-Zehnder interference (MZI) effect arises by shifting the gratings away from the waveguide center. Owing to different optical paths with unequal indices on both sides of the grating, a narrow MZI band gap will be obtained. It is interesting to find out that the Bragg reflector and Mach-Zehnder interferometer are immune to each other, and their wavelengths can be manipulated by the period and the grating length, respectively. Additionally, we can obtain three MZI channels and one Bragg reflection channel by integrating three different gratings into a large period. The performances are investigated by finite-difference time-domain (FDTD) simulations. In the index range of 1.33 – 1.36, the maximum sensitivity for the structure is as high as 1 500 nm/RIU, and it is believed that this proposed structure can find widely applications in the chip-scale optical communication and sensing areas.

为了实现工业生产过程中温度和溶液质量分数的同时测量和传感检测, 提出了一种由法布里-珀罗干涉仪(FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)级联干涉结构构成的双参数传感器。该传感器由融合在一起的单模光纤(SMF)和空芯光纤(HCF)组成。采用同时测量FPI反射光谱和MZI透射光谱的特征波长位移的方法, 获得了FPI和MZI对温度和折射率的灵敏度差, 建立了传感器温度-质量分数灵敏度矩阵, 实现了传感器双参数的测量。结果表明, 在40℃~150℃的温度范围内, FPI的温度敏感度为10pm/℃, 而MZI的对温度不敏感; 在质量分数0.05~0.40的范围内, FPI对折射率不敏感, 而MZI质量分数灵敏度是232.3nm/RIU; 该传感器可以实现温度与溶液质量分数的同时测量。该研究为石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中双参数的动态测量提供了参考。

提出了一种新型静态傅里叶变换光谱仪(FTS)。在该光谱仪的干涉系统中,采用两个具有周期性结构的微反射镜代替马赫-曾德尔干涉系统的平面镜,不仅无任何驱动部件,还无回溯光产生,进而实现了FTS的静态化和高光通量。介绍了静态FTS的工作原理,建立了基于微反射镜的马赫-曾德尔干涉系统模型,仿真得到了该干涉系统的干涉图和频域光谱图。与理想情况的结果相比,仿真得到的干涉图中条纹对比度下降且边缘区域较为严重,仿真得到的频域光谱图中主频峰值降低且基线噪声明显。分析表明,在光束倾斜入射时,两个微反射镜的阶梯式周期性结构不仅会造成干涉光场的能量分布不均匀和两束相干光束偏离,还会引起衍射效应。仿真结果表明,增加两个微反射镜子反射面的个数和子反射面的长度可以有效减小干涉图中信息的失真。进一步地,在满足光谱仪性能的前提下,减小两个微反射镜子反射面的阶梯间隔可获得理想的频域光谱图。

针对市场上分布式光纤振动传感器的定位精度和灵敏度低、误报率高的问题, 提出一种基于双马赫-曾德尔(MZ)干涉原理的光纤微振动传感器, 介绍了该传感器的结构、相干检测技术和入侵事件模式识别技术。实验结果表明: 该传感器的单次触发的探测率＞99.7%, 多次触发的探测率=100%, 单次误报率＜1%。

全光纤马赫-曾德尔干涉仪的制作工艺包括对光子晶体光纤和单模光纤的切割、熔接以及拉锥。文章首先运用接触力学理论, 对V型槽内的光子晶体光纤内部应力进行分析, 推导出光子晶体光纤内部最大的应力点位于平行于接触面的最外层空气孔处, 采用有限元分析验证了此结论, 并给出了光子晶体光纤内部应力分布图和应变分布图, 计算出了进行光子晶体光纤切割、熔融固定时的最大载荷。然后对内部具有球形空气腔的光纤进行受力分析, 推导出光纤内部最大的应力点位于空气球边缘上距离光纤表面最近处, 有限元分析验证了此结论, 并给出了光纤受拉力后的内部应力分布图和应变分布图, 为制造纤内纺锤形空气腔提供了理论基础。

设计了一种基于光纤纺锤型空气腔的三明治结构全光纤马赫-曾德尔折射率传感器。纺锤型空气腔是通过普通单模光纤和光子晶体光纤熔接后再拉锥形成的。锥区的纺锤型空气腔和包层分别作为参考臂和传感臂, 从而形成马赫-曾德尔干涉。基于FDTD Solutions和COMSOL仿真软件分别对传感器的干涉条纹及锥区电场分布进行了仿真, 得到了折射率传感器干涉条纹波谷波长和有效折射率与环境折射率的关系。当环境折射率为1.36~1.37和1.37~1.38时, 灵敏度分别为1377.6和1436nm/RIU。此传感器具有极短的干涉臂, 能够降低损耗, 且具有较高的折射率灵敏度。