提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器, 传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入, 经过第1个粗锥时, 将激发出若干高阶模, 各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时, 细锥区倏逝场随之变化, 最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化, 可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明, 在35%～85%RH的湿度变化范围内, 透射谱的能量具有相同变化趋势, 处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH, 温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高, 温度交叉敏感小等特点, 具有很好的应用前景。

提出并制作了一种基于多芯光纤与单模光纤错位构成的马赫-曾德尔干涉仪, 将其与光纤布喇格光栅级联, 形成的全光纤传感系统可实现横向压力和温度双参量同时测量.马赫-曾德尔干涉仪是利用多芯光纤和单模光纤的模场不匹配而发生模间干涉, 当外界横向压力直接作用在多芯光纤内部光场, 干涉仪具有较高的灵敏度.实验结果表明: 马赫-曾德尔干涉仪压力灵敏度为28.57 nm/(N·mm-1), 线性度为0.997, 而光纤布喇格光栅在一定范围内对压力变化不敏感; 马赫-曾德干涉仪和光纤布喇格光栅对温度变化都具有较高的线性度, 温度灵敏度分别为56.1 pm/℃和11.3 pm/℃.对于分辨率为0.02 nm的光谱仪, 传感器可实现的压力和温度测量分辨率分别为7.0×10-4N/mm和0.03℃.马赫-曾德尔干涉仪的透射谱和光纤布拉光栅的谐振峰对横向压力和温度的变化有不同的光谱响应, 利用光谱仪对传感器的透射谱实时监测, 方便地实现了压力与温度双参量的测量.该传感器结构简单, 灵敏度高, 可用于不同领域的压力传感.

对基于马赫-曾德尔干涉技术的光纤压力和温度传感特性的进行了研究。利用自制的全光纤干涉仪,对不同温度条件下的压力变化和不同压力下的温度变化引起的光功率的变化进行了测量和分析,给出该系统在无压力时温度测量范围是39~46 ℃;1 N压力下,温度在40~45 ℃变化时,温度线性灵敏度为-4 078.7 nW/℃,线性相关系数为0.976 6。45 ℃时,光功率随压力变化灵敏度为-1.162 1 μW/N,线性相关系数0.989 3。结果表明系统在40~45 ℃和0~1 N范围内,具有较好的温度和压力检测特性。

基于光纤Mach-Zehnder干涉仪双边缘检测技术, 提出并设计了一套全光纤非相干测风激光雷达系统, 对多普勒频移的提取和风速反演算法进行了理论分析, 针对大气分子散射信号的特点, 对光纤Mach-Zehnder鉴频系统进行了优化设计.应用美国标准大气模型, 对系统的灵敏度、信噪比以及测量误差进行了数值仿真.仿真结果表明, 对532 nm波长的地基分子散射测风激光雷达, 当垂直距离分辨率为300 m, 进行1 000次激光脉冲累计平均后, 得到径向探测距离达到20 km, 径向风速在±100 m/s的范围内时, 径向风速误差小于1.4 m/s, 说明此系统可以进行远距离大尺度风速的测量, 为新型小型化测风激光雷达的开发及研制提供了一种可行的技术方案.

基于Mach-Zehnder干涉仪原理, 利用光纤错位熔接技术设计并制作了一种单模光纤-多模光纤-单模光纤-错位熔接点-单模光纤结构的液体折射率传感器。传感器中的多模光纤和错位连接部分充当光耦合器; 多模光纤在后面的单模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模, 不同的模式有不同的模式折射率, 经中间单模光纤传输到错位熔接点处时, 不同模式光之间将产生光程差, 经错位熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模从而产生干涉。对该传感器输出的干涉光谱中干涉谷功率随外界溶液折射率变化的规律进行了理论分析和实验研究。结果表明: 溶液折射率变化为1.358 9~1392 2时, 干涉谱中1 530 nm附近的干涉谷光功率与溶液折射率呈单调递增关系, 可用于折射率的测量; 折射率变化为1.372 0~1.392 2时, 传感器响应曲线具有很好的线性度, 线性拟合系数为0.998, 对应的灵敏度为252.06 dB/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高, 可用于生物医学领域液体折射率的实时测量。

针对光纤Mach-Zehnder干涉 (MZI) 受环境影响的稳定性问题,设计了光纤MZI实验装置。 从理论上分析了光纤MZI的输出光强,并给出了实验验证,由示波器直观地显示出光纤MZI的稳定性 与环境的关系以及相位调制对干涉的影响等。为了解决振动噪声、温度变化等环境因素导致的光纤MZI不稳定, 设计了一种新的相位补偿方案,即用两个 2×2 光纤耦合器的输出,实现相差检测及反馈控制。

本文对基于马赫-曾德尔干涉技术的光纤水听器系统进行了实验研究.根据光外差检测原理，利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统，对鱼群活动引起的扰动信号进行了测量和分析.得到在一定条件下，随着鱼群活动区域面积的增加或温度的降低，探测灵敏度呈线性减小，最小分辨能力下降的结论.实验结果表明：随着活动区域直径的降低，系统灵敏度分别为1.606 6、2.349 9和2.412 5 μW/条，最小分辨力分别为14、10和8条；随着活动区域温度的降低，系统灵敏度分别为1.339 1、1.022 7和0.432 1 μW/条，最小分辨力分别为4、6和18条，测量结果与分析得到的结论一致.

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫－曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。