本文提出了一种基于多波长平均的五步相移解调方案，解决非本征光纤法布里-珀罗（F-P）传感器阵列的串扰问题。以光纤F-P传感器的两基元并联复用系统为研究对象，探讨了基于五步相移解调方案的基本串扰理论以及多波长解调抑制串扰的具体方法。通过数值仿真研究了串扰与传感系统的消光比、平均波长数、波长间隔以及不同传感器基元腔长的关系，对单波长解调方案和多波长解调方案的串扰抑制效果进行了对比分析。结果表明，相较于单波长解调方案，多波长解调方案通过对多个连续工作点处的五步相移信号解调结果进行平均，降低了传感阵列的串扰。同时，该解调方案降低了对传感阵列光开关消光比和不同基元间腔长一致性的要求，有效推进了光纤F-P传感器阵列大规模复用的发展。

为了研究光纤传感器在超声波检测方面的应用，提出了一种膜片式光纤法布里-珀罗（F-P）传感器的结构和制备方法。首先探究了声场中放置距离和角度对膜片式光纤F-P超声传感器的声振动敏感膜片形变量的影响，仿真得到光纤F-P传感器的传感效果随距离、角度的增加而下降，然后提出了一种基于熔接、切割、抛磨方式制备的膜片式光纤F-P超声传感器，最后对该传感器的传感性能进行了实验验证。实验结果显示，提出的传感器的频率探测范围为20~80 kHz，信噪比不小于25 dB。此传感器的制备使用全焊接方式，与传统的胶连接方式相比，结构更稳定，使用寿命更长，因此在电网局部放电检测等场景中具有广泛的应用前景。

为提高复合式光纤法布里-珀罗传感器的相关解调分辨率,提出了一种基于新型复合式光楔的非扫描相关解调系统。根据所解调复合式光纤法布里-珀罗传感器各腔体光学厚度变化范围,沿线阵CCD像素点排布方向,设计了分段式不同倾角和厚度范围的空气间隙式光楔结构,实现了多个法布里-珀罗腔腔长的复合同步解调。针对基底腔和空气腔腔长分别为600 μm和80 μm的复合式光纤法布里-珀罗传感器,设计了复合式光楔,仿真并分析了其解调性能。结果表明,采用基于复合式光楔的非扫描相关解调方案,可以实现光学厚度差异较大的多法布里-珀罗腔构成的复合式光纤法布里-珀罗传感器的同步高精度解调,腔长解调分辨率优于单光楔解调。

为了精确提取相关干涉信号的峰值位置,为光楔式光纤法布里-珀罗传感器的相关干涉解调机制提供理论借鉴,数值模拟了3种典型的光源光谱分布的相关干涉信号,并对所获得的相关干涉信号进行了详细的对比分析,综合讨论了不同光源光谱分布条件下,光谱带宽对相关干涉信号宽度、幅值以及对比度的影响。分析结果表明,当光源在光谱上具有高斯分布且带宽较大时,得到的相关干涉信号噪声较小、条纹更稀疏、信号对比度更高,更便于准确寻峰和实现高精度的解调。

利用准分子激光器在普通单模光纤上加工微孔, 制作了一种微孔结构型的光纤Fabry-Perot(FP)腔, 并对该微孔型光纤FP腔的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明, 当外界环境温度变化时, FP腔腔长和腔中介质的折射率会发生变化, 致使传感器输出光谱发生漂移。通过观测光谱对应的峰值或谷值的漂移量, 即可实现对环境温度的传感检测。实验结果发现, 随着温度的升高, 波长逐渐向短波方向方发生漂移, 且波长的漂移量温度变化呈线性关系, 其对应的温度灵敏度和线性度分别为-0.152 nm/℃和98.8%。该微孔结构型光纤F-P腔温度传感器具有结构简单、成本低廉、实用性好等优点, 可以适应不同温度的需要, 研究结果可为该种器件在传感中的应用提供一定参考。

光纤法布里-珀罗(F-P)传感器被广泛应用于航空发动机的检测中。偏振互相关解调法是最常用的F-P腔长解调方法。在偏振互相关解调系统中, 光学系统的轴向色差会引起零级干涉条纹的偏移和光强的减小, 从而降低解调精度并减小信号幅值, 因此分析了光学系统的轴向色差对解调的影响。为了减小光学系统的轴向色差对解调的影响, 设计了一种应用于偏振互相关解调仪的复消色差光学系统。该光学系统在光楔长度方向上的轴向色差为1.9×10-4 m-1, 最大光程差为0.021λ0(λ0为中心波长), 光程差远小于F-P腔长。对于特定的解调系统, 采用复消色差光路时, 零级干涉条纹的测量值偏移量为2.85 μm, 小于CCD像素宽度的一半, 并且CCD任意像素的光照度提高了3.75倍。

为探究光纤法布里-珀罗传感器条纹计数法的解调准确度, 对基于波峰波谷复合算法的条纹计数法的腔长解调误差及其影响因素进行了理论推导、仿真分析和实验验证.结果表明: 光纤法布里-珀罗传感器干涉光谱的干涉级次及干涉级次差、波峰波谷的位置准确度是影响解调准确度的主要因素; 干涉级次随腔长的变化导致腔长解调结果产生周期性跳动误差, 跳动周期约为光源中心波长的1/4; 周期性跳动误差的幅度受波峰波谷位置准确度的影响, 波峰波谷位置准确度越低, 周期性跳动误差幅度越大, 腔长解调误差越大.

研究了光纤法布里-珀罗(F-P)传感解调中CCD 非线性失真及其对解调的影响。测试CCD 响应特性并建立拟合模型，仿真分析了不同噪声下的非线性失真影响。结果显示解调出的绝对相位标准差随着非线性失真率的增大而逐渐增大；且随着噪声增加，产生解调干涉级次跳变的非线性失真率减小。利用搭建的光纤F-P 压力传感系统研究了信号非线性失真的影响。实验结果表明固定压力下的非线性失真率随着光功率的增加而增加，非线性失真率大于26.3%后会出现解调干涉级次跳变，实验与仿真结果一致。非线性失真率在0.3%~22.3%范围内的满量程压力解调结果显示，随着非线性失真率的增大，解调精度逐渐降低。非线性失真率为22.3%时解调最大误差为0.215 kPa，相比非线性失真率为0.3%时增大了1.24 倍。要保证满量程范围内解调精度优于0.04%，非线性失真率应小于6.7%。

结合单色频率绝对相位算法仿真分析了空间低相干干涉条纹信噪比对解调中干涉级次和绝对相位的影响，仿真结果显示，当条纹信噪比大于18 dB时，可避免干涉级次跳变问题，此时解调得到的绝对相位标准差随信噪比的增加呈线性减小趋势，在25 dB信噪比下其值可达到0.023 rad。通过改变光源强度进行了不同信噪比对解调影响的实验研究，实验结果与仿真分析结果基本一致。另外，压力解调实验结果显示，解调误差随信噪比增加而降低，在24.79 dB信噪比下压力解调误差为0.044 kPa，相比18.10 dB信噪比降低了2.84倍。实验结果表明，在5~150 kPa压力范围内，为保证0.05%F.S.( F.S.表示全量程)的解调精度，则信噪比应大于22 dB。

提出一种基于Fibonacci与最小均方差联合解调光纤法布里-珀罗传感器腔长的算法.利用Fibonacci搜索方法, 在一系列估计值中快速搜索到对应的最小均方差的数值, 并作为腔长解调结果.仿真分析了算法迭代次数与解调准确度之间的关系并进行温度测量实验.结果表明, 该算法的理论平均解调误差小于2×10－5 pm, 与实际腔长的拟合度优于0.9999, 解调动态范围可达2.5 mm；实验中, 该算法腔长解调分辨率为0.15 nm, 对应的温度分辨率达0.03℃, 解调时间少于0.03 s, 具有解调准确度高和运算速度快等优点.