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。

研究出飞秒激光加工法布里-珀罗(F-P)腔的方法, 并且将F-P腔和单模光纤焊接起来形成微型非本征光纤F-P干涉(EFPI)应变传感器。实验分析了激光能量与腐蚀对F-P腔深度的关系, 设计传感器的加工步骤, 对光纤法布里-珀罗传感器的应变特点进行讨论。实验显示, 这种构造的干涉传感器加工流程不复杂, 对于微小形变具备较好的灵敏度与可重复性, 其应变灵敏度为0.00466 nm/uε。所以, 这种新型的EFPI应变传感器具有良好的稳定性和可重复性, 在改变生产工艺和在复杂工况环境中的使用具有较好的工程应用前景。

建模并仿真了受激布里渊散射损耗相移谱的宽范围功率依赖特性；设计了基于外差抽运-斯托克斯技术的受激布里渊损耗相移谱测量系统，在抽运光功率5 μW~15 mW和斯托克斯光功率3.5~110 mW范围内测量了400 m标准单模光纤的受激布里渊损耗相移谱；分析了实测受激布里渊损耗相移谱产生中心不对称性的机理。结果表明，受激布里渊损耗相移范围与斯托克斯光功率呈良好线性关系，基本不受抽运光功率影响；实测受激布里渊损耗相移谱中心不对称性主要由光纤色散以及非线性折射率引起的非线性效应共同作用产生。根据理论和实验结果，分析了受激布里渊散射相移谱功率依赖性在微波光子信号处理和分布式光纤传感中的应用，为基于受激布里渊散射相移原理的应用系统设计提供理论依据。

利用外径不同的常规单模和多模光纤成功制作了一种本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器，对其温压响应进行了研究。由材料力学和光弹理论得出了压力响应理论模型，为了增加压力响应灵敏度，在考虑泊松效应导致应变方向的前提下，选择了多模光纤外径较小的结构。实验中传感器采用了经氢氟酸腐蚀外径为120 mm 多模石英光纤，将制作的1 mm 腔长的传感头进行了温度响应实验，温度范围为20 ℃~500 ℃，实验结果表明该传感器对温度有较好的线性响应，光程差响应灵敏度为25 nm/℃，且重复性较好；在常温20 ℃条件下进行了压力响应实验，实验结果表明该传感器具有较好的压力线性响应，其压力响应灵敏度为4.7 nm/MPa。该传感器能够对温度、压力实现较好的响应，同时具备准分布式测量的潜力。

主要介绍了几种分布式光纤传感技术中的基于瑞利散射的光时域反射(OTDR)技术、相干光时域反射(COTDR)技术和相敏光时域反射(φOTDR)技术的基本工作原理,并分别介绍了这三种技术的发展现状及优缺点,提出了今后的发展方向和展望。

研究基于全光纤传感技术的电缆健康状态监测系统。在分析和研究后向散射分布式光纤传感原理的基础上,成功地开发出了样机系统,并将该系统应用于电力电缆隧道,监控数千米光纤沿线上电缆运行及环境状态的分布。实验结果表明,该系统可实现监测多回内嵌光纤的20 km电缆线路的温度、载流量、偷盗入侵等分布状况,并对测量点进行定位。

提出了一种新颖而又简单的参考光功率校准方法，该方法具有无需鉴频的优点。在每一个频率点处探测电光调制器输出总功率与预定参考光功率的偏差，将其作为反馈信号来控制该频率点对应的微波源输出功率，从而使输出参考光的功率得到校准。从理论上分析了该方法的可行性，并通过模拟和实验进行了验证。实验结果表明，对布里渊光时域反射仪中的参考光功率进行校准后，不同频率点参考光功率与预定功率的最大误差减小为未校准前的1/3。

对于普通单模光纤的自发布里渊散射光,其频移和光功率都是温度和应变的函数,因此检测散射光信号的布里渊频移和光功率,即可同时得到沿光纤一维分布的温度和应变。采用光相干检测的布里渊光时域反射计适合于长距离分布式传感,但存在检测信号的偏振相关性和幅度解调问题。采用偏振分集接收和小波分析对传感信号进行处理,同时得到了布里渊散射光的频移和功率,从而实现了25 km普通单模光纤的分布式双参量传感。

在分析布里渊散射分布式光纤传感器检测原理的基础上,针对布里渊散射光信号比较微弱且和瑞利散射光之间存在频移的特点,采用微波电光调制产生频率可调的参考光,和后向布里渊散射光进行相干检测,得到放大的布里渊散射光信号,再用高速模拟数字转换和存储叠加进行时序信号处理,最后得到分布式传感信号。给出了各部分实验过程和结果,得出与理论分析一致的布里渊散射光频谱和光强随温度升高而产生变化。实现了25 km的分布式温度传感,初步实验结果证明了方案的可行性。