人类指尖的指纹图案以及互锁的表皮-真皮微结构在放大触觉信号并将其传递给各种机械感受器方面发挥着关键作用，从而实现对各种静态和动态触觉信号的时空感知。本文报道了一种受指尖皮肤微结构启发的微纳光纤柔性触觉传感器，该传感器具有环形脊的指纹状表面、错峰互锁的微结构以及刚度差异化的树脂/聚二甲基硅氧烷多层结构。通过这些设计特征，传感器能够以高耐久性、高灵敏度（20.58 %N^-1）、快速响应（86 ms）及大动态范围（0~16 N）检测多种时空触觉刺激，包括静态、动态压力和振动，并能够识别物体的硬度和表面纹理差异。该传感器具有结构紧凑、制作简便、易集成、抗电磁干扰等优点，可被应用于机器人皮肤、可穿戴传感器和医疗诊断设备中。

提出了一种基于游标效应（VE）的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉环折射率传感器。利用光学VE的基本原理，设计并制作自由谱宽为1.52 nm的保偏光纤Sagnac干涉仪和自由谱宽为1.36 nm的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉结构，通过级联的方式将两个干涉光路进行叠加，得到游标光谱。实验结果表明，该传感器的游标包络特征明显，经游标放大后的折射率灵敏度达到-1286.40 nm/RIU，相比普通极大倾角光纤光栅传感器的横磁（TM）模和横电（TE）模的折射率灵敏度分别提高约8.46倍和约10.55倍，与理论计算结果吻合。传感器的输出光谱稳定，并且具有结构简单、制作方便、抗温度干扰能力较强等优点，在生化、生物医学检测等领域具有良好的应用前景。

首先在光纤端面设计一种由金光栅-介质-金薄膜构成的复合结构,并研究多种共振模式随介质层厚度的变化及其场分布特点。然后研究限制在金光栅和金薄膜纳米级间距的波导共振模,通过反射谱的变化和谐振模式的电场分布特点研究不同阶次的纳米谐振效应。此外,还仿真计算金光栅的宽度、厚度及周期、中间介质层折射率和金反射薄膜厚度的变化对纳米谐振腔光谱特性的影响,根据波导模干涉的相位差公式定性分析其谐振频率的变化,并计算获得纳米谐振腔对腔内介质折射率和腔长的灵敏度。最后,搭建微位移平台,验证光纤端面与金薄膜所构成的Fabry-Perot干涉光谱随间距的变化,并提出光纤端面纳米谐振结构的实现方案。

本文提出了一种磁流体包覆的无芯-三芯-无芯光纤结构的磁场传感器。将两段2 mm的无芯光纤熔接在50 mm的三芯光纤两端, 并将此结构插入70 mm长的毛细管中, 通过向毛细管里注射磁流体, 使无芯-三芯-无芯这一结构浸没在磁流体里。无芯光纤用来激发三芯光纤的包层模, 并实现模间干涉。通过测量透射谱波谷波长的漂移或探测透射谱波谷的强度损耗可以实现对磁场强度的检测。实验结果表明: 该传感器在磁场强度为8~16 mT内, 透射谱的特征波长漂移随之线性变化, 在1 606 nm附近的波长漂移灵敏度为68.57 pm/mT; 该波长附近的透射谱强度损耗变化在相同的磁场强度范围内呈现良好的线性度, 对应的强度灵敏度为0.828 7 dB/mT。该传感结构制作简易, 灵敏度高, 成本低廉, 在磁场传感领域中有一定应用价值。

基于采用退火质子交换工艺制备的铌酸锂光波导器件的保偏尾纤具有高偏振消光比这一特性, 提出了一种通过偏振消光比测试仪测定器件保偏尾纤的偏振轴并实现与保偏连接头定位键高精度对准的方法。工艺实验证明, 采用该方法制作的保偏尾纤连接头偏振轴向对准精度优于0.8°, 显著优于显微成像定轴方法制作的保偏尾纤接头。

相位载波调制解调算法是干涉测量的关键技术之一。阐述了相位载波的调制解调原理,说明了相关参数的最佳选取数值, 介绍了两种传统的相位载波解调算法,描述了相位载波算法存在的有限的动态范围问题、伴生调幅问题、载波相位延迟问题和相应的解决办法。 最后总结相位载波调制解调算法的问题并展望了光纤传感器的发展趋势。