提出了一种基于混合Sagnac干涉仪的光纤耦合器耦合相移检测技术，其中混合Sagnac干涉仪由待测单模光纤耦合器和保偏光纤组成。基于混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口输出干涉光谱的谷值波长特征，推导出单模光纤耦合器耦合相移检测方程并进行了测试误差分析。搭建了实验系统，实现了固定分光比3×3单模耦合器以及不同分光比2×2单模耦合器耦合相移的高精度检测，并首次实现了不同温度条件下2×2单模耦合器的耦合相移变化特性测量，实验结果与理论估计一致。理论分析和实验研究结果表明，所提检测方法实施方便、检测精度高，适应性强，为光纤耦合器耦合相移的定量精确测试和分析提供了有效手段。

针对光缆经常遭到工程施工破坏的问题, 提出了一种低成本的监测光缆线路沿线工程施工情况的振动预警定位系统, 采用多个基于单轴Sagnac干涉仪的振动预警模块实时监测多个光缆的振动情况, 通过相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)模块确定振动点的位置。实验表明该系统成本低、预警效果好。

提出一种复合结构应变传感器,该结构将高灵敏度光纤法布里-珀罗干涉仪(FPI)内置于光纤Sagnac干涉仪(FSI)中。利用FPI光谱与定标的FSI光谱叠加产生的游标效应实现了FPI应变传感器灵敏度的大幅度提升。理论计算结果表明,复合结构传感器的灵敏度可以通过两套干涉谱的相对自由光谱区的差来调控。实验结果表明,复合结构传感器的灵敏度相对于单个FPI应变传感器提升了19.7倍,达到65.1 pm·με-1。复合结构传感器在需要高灵敏度测量以及精确测量的场景中具有重要作用。

提出了一种基于单模-保偏-单模(SPS)结构的高灵敏度曲率光纤传感器,该传感器将保偏光纤(PMF)的两端熔接在两段单模光纤之间。研究了传感器的曲率传感性能,以及保偏光纤的长度对传感器曲率灵敏度的影响。结果表明,随着曲率的增大,传感器输出光谱出现明显红移现象;保偏光纤长度对传感器的曲率灵敏度有重要的影响,当保偏光纤长度为11 cm,曲率为0.43~1.37 m ^-1时,获得最大灵敏度为59.849 nm/m ^-1的传感器。与其他光纤结构的传感器相比,该传感器具有结构简单、易于制造、灵敏度高等优点,可用于结构健康监测传感领域。

实验研究了光轨道角动量(OAM)光束的短距离自由空间传输特性。在实验装置中使用数字微镜器件(DMD)产生 OAM光束, 传输距离为室内 0～50 m。在接收端使用空间光束模场分析仪测量传输后的 OAM光束光强分布, 实验研究了不同传输距离下 OAM光束的模场展宽效应, 并通过干涉法研究了传输对 OAM光束相位分布特性的影响。在接收端使用一个单路 Sagnac干涉仪对传输后 OAM光束的各阶模式进行分离检测, 实验研究了不同距离下传输导致的 OAM光束能量从产生的模式向临近各阶模式的迁移再分配。使用局部加热的方法模拟较强的大气湍流扰动, 实验研究了较强湍流对 OAM光束模式特性的影响。实验结果表明, 在湍流扰动下, OAM光束的拓扑荷值越大传输后模式纯度的劣化越严重。

为了实现2.1 μm波段光纤激光器输出多波长激光，设计了一种基于光纤Sagnac干涉仪的可调谐多波长掺钬光纤激光器。采用1.9 μm波段掺铥光纤激光器泵浦一段长3 m的掺钬石英光纤，获得2.1 μm波段的光放大；环形腔中，由保偏光纤和偏振控制器构成的光纤Sagnac干涉仪，实现2.1 μm波段周期滤波，获得了2.1 μm波段多波长激光，输出功率1 mW~15 mW可调谐，最多可观测到6个波长的激光输出。通过调节环形腔内偏振控制器，能够实现2.1 μm波段1~6个波长的调谐。

基于1/4波片相位延迟功能,结合起偏器与法拉第旋光器,提出了一种集起偏与相位偏置功能于一体的用于Sagnac环路中的非互易相位调制器设计方案。所提结构从根本上消除了延迟线圈对系统灵敏度的影响,降低了系统复杂度,减小了体积。实验测得该相位调制器的相对插入损耗为3.6 dB,相位偏置角度为89.9605°,实验结果能够很好地与理论分析结果吻合。提出了变比误差自补偿技术,分析得到:当温度在-40~40 ℃范围内变化时,不同制作工艺下系统的最低变比误差不超过±0.02%。

分析了极化碱金属气室的旋光特性,极化的原子气室宏观上可等效为一种法拉第旋光晶体,其旋光系数与原子自旋进动相关。提出了采用圆偏振探测光测量通过气室的左右旋圆偏振光相位差来实现原子自旋进动检测的思路。基于改进的全光纤反射型Sagnac干涉仪,搭建了光纤原子自旋进动检测系统,通过圆偏振探测光实现了无自旋交换弛豫态自旋进动信号的检测。在原子自旋陀螺仪实验平台上进行了实验验证并实现了陀螺效应,实验结果证明了所提理论的正确性。对陀螺性能进行了初步测试,得到其零偏不稳定性为0.29 (°)/h。

为了制备高质量涡旋光, 对基于Sagnac干涉仪的涡旋光制备方法进行了理论分析、改进设计和实验验证.介绍了高斯光束叠加和附加相位差π产生的原理, 在分析干涉回路对横向剪切量影响的基础上, 搭建了基于Sagnac干涉仪的涡旋光制备装置, 给出了搭建实验平台的相关注意事项, 并利用本方法分别制备出拓扑荷数为＋1、－1的涡旋光.涡旋光在不同传播距离下拓扑荷数始终保持为＋1或－1.基于光斑可调的改进实验装置可有效提高涡旋光质量.

为了实现高灵敏度的温度传感, 通过在基于保偏光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段保偏光纤, 控制两段保偏光纤快轴熔接角度接近45°, 设计并制造了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环结构。在理论上通过Jones矩阵推导了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的干涉谱公式, 基于仿真分析研究了主要参数对保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出特性的影响。仿真结果表明, 保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环实现了光学游标效应, 两段保偏光纤的平均长度、两段保偏光纤的长度差分别影响保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出干涉谱的波长间隔和包络周期; 在实验中, 将保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环应用在光纤温度传感器中。实验结果表明, 在2 cm的感温区域, 保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环温度传感器的灵敏度就达到了-2.44 nm/℃, 是普通Sagnac干涉环温度传感器（-0.163 nm/℃）的1497倍。