分析了光纤Mach-Zehnder干涉仪作为鉴频器的多普勒激光雷达风速探测灵敏度及动态范围与光程差的关系.当光纤Mach-Zehnder干涉仪光程差从0.1 m变化到1.5 m时, 对应风速探测范围从±199.5 m/s变化到±13.3 m/s.光程差为0.45 m时, 风速变化1 m/s对应的最高灵敏度为2.15%.光程差误差将导致风速反演误差.当光程差为0.145 9 m和1.088 9 m时, 1 nm的光程差误差将导致反演风速误差分别为1.028 m/s 和 0.138 m/s.应用激光波长调谐的方法得到光纤Mach-Zehnder干涉仪的透过率曲线, 由自由光谱范围精确确定了光程差的值.应用此干涉仪作为鉴频器的激光雷达完成了实际风速探测, 反演风速与相干探测风速具有较好的一致性, 证明了校准探测的正确性.

多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一。 通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测。 由于受鉴频器本身特性的影响, 高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点。 提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件, 设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频。 采用小光程差（13.7 cm）、 大动态范围（±100 m·s-1）鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位, 大光程差（74.8 cm）、 高探测灵敏度（2.62%/(m·s-1)）的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测, 从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测。 利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、 系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析。 结果表明, 该系统可以实现±100 m·s-1大动态范围内风速误差小于1 m·s-1的大气风场探测, 为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索。

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。

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。

飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高，已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性，归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展，包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器，重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。

全光纤的Mach-Zehnder干涉仪是一种重要的干涉器件。本文利用散射矩阵的分析方法,通过计算机数值模拟,研 究了Mach-Zehnder干涉仪的传输特性,得出了输出端谱线与干涉仪结构参数的变化关系。

介绍了利用载波调制型光纤Mach－Zehnder干涉仪测量大气光学湍流折射率起伏的原理，给出了载波调制信号的解调方法。实验研究表明，该系统测量大气折射率起伏方差的噪声水平为2．5×10^－16。在真实的大气环境下，通过与传统温度脉动仪的对比测试分析表明，两者的探测结果无论在量级上还是在变化趋势上都有很好的一致性，这标志着大气湍流的光纤测量技术已初步迈入实用阶段。

光纤干涉仪具有测量精度高、探测灵敏度大等优点，可用于直接测量大气湍流折射率起伏。首先简要介绍了光纤Mach－Zehnder干涉仪的光学湍流测量原理，描述了低双折射单模光纤中光束偏振态变化诱导的偏振信号衰落现象，并通过偏振态的邦加球分析和详细的公式推导，得出了干涉仪可见度和相移噪声的关系式。结果表明：控制输入光偏振态与干涉仪本征向量之间的夹角在零度左右，可有效地抑制偏振噪声，最后给出了偏振控制器实现偏振控制的原理，为构建稳定的光学湍流测量光纤干涉系统提供了科学依据。

本文介绍了基于光纤Mach-Zchndcr干涉仪的振动测量系统,用线阵CCD测量条纹动态位移,实现了光纤干涉条纹图像的连续采集.针对干涉条纹图像噪声的特点完成了低通滤波器的设计、图像的平滑处理,消除了干涉条纹中心的定位误差.文章绘制了干涉条纹位移曲线并对其进行了离散傅里叶变换,给出了所测振动的频谱特性.最后讨论了测量系统的灵敏度以及影响测量精度的因素,为了能够辨别条纹的移动方向,指出了条纹最大允许的移动速度限制,给出了实验结果.