将有限元法和传输矩阵法相结合, 系统地研究了保偏微结构光纤(PM-MOF)啁啾布拉格光栅的折射率传感特性。 仿真研究了光纤空气孔中充入不同折射率被测物时啁啾光栅的反射谱, 结果表明随着被测物折射率的增加, 反射谱的面积出现明显变化, 由此得到了光栅反射谱面积与被测物折射率的关系。 分析了中心孔直径、 啁啾系数、 切趾函数等光栅结构参数对反射谱的影响。 分析表明由于光纤两个方向的偏振模对温度、 噪声等干扰响应相似, 因此利用两个偏振模式反射谱的相对变化进行监测能够有效地降低干扰, 提高传感器的稳定性; 其次, 由于反射谱面积正比于光强, 这一方法将光栅的光谱解调转化为光强解调, 简化了解调系统, 便于现场实时测量。 研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。

针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求，本文提出了一种基于 Fabry-Perot腔的保偏微结构光纤 (PM-MOF)布拉格光栅折射率传感器。根据传输矩阵法和有限元方法，分析了微结构光纤光栅 F-P腔中被测物折射率与 F-P腔反射谱中两个偏振模谐振波长差的关系，在此基础上讨论了中心孔直径、 F-P腔长度等参数对传输特性的影响。研究结果表明，随着空气孔中填充物折射率的增加，保偏微结构光纤光栅 F-P腔的两个偏振态的谐振波长差将逐渐减小； F-P腔的干涉作用使反射率较单个光栅有很大提高，便于长距离传输和实时解调；两个偏振模对外界干扰具有相似的响应，因此该传感器具有更强的抗干扰能力。本文研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。