光的干涉图样携带了光波的振幅、频率、相位和偏振等重要的信息，而两束任意偏振态高斯光束干涉尚未被详细研究，因此研究高斯光束的偏振态与干涉图样之间存在的关联很有必要。本文利用光纤马赫-曾德尔干涉仪，对任意偏振态高斯光束空间干涉场进行了研究，得到了任意偏振态高斯光束干涉光强空间分布理论公式，并通过实验进行了验证。研究表明：两束偏振态完全相同高斯光束干涉，可以得到对比度为1的清晰干涉条纹图样；两束正交偏振态高斯光束无干涉现象，对比度为0；其他偏振条件下高斯光束干涉图样对比度介于0和1之间。本文理论和实验结果对于理解和应用偏振光干涉具有非常重要的意义。

提出了一种基于光纤激光环形腔实现高频微弱振动信号检测的全光纤振动检测系统。将保偏光纤通过熔融拉锥技术拉锥形成具有多通道梳状滤波特性的微光纤马赫-曾德尔干涉仪(MMZI), 通过和光纤激光环形腔系统结合, 在200~20000Hz的范围内实现了对声源振动信号的动态响应, 噪声极限最小检测压力为6.44mPa·Hz-1/2。相对比于未接入光纤激光系统的声音频率响应范围为200~4000Hz, 灵敏度为29.36mV·Pa-1, 接入激光系统后声音频率响应范围扩大了近5倍, 灵敏度提高了6倍, 为宽频带声音检测系统以及微小光信号检测技术提供了一种行之有效的方法。

为了实现低成本的温度和应变同时测量, 利用光纤熔接机的熔融放电原理制备了基于全单模光纤(SMF)的花生和J型结构级联的马赫-曾德尔干涉仪(CPJS-MZI)。首先利用光纤熔接机的球形程序将两段单模光纤的端面熔成球形, 再将小球熔接到一起形成花生型结构; 然后在距离花生结构15mm处, 将两根单模光纤端面错位一定距离, 对其进行熔接形成J型结构; 最后对所制备的器件进行温度和应变传感性能的测试。实验发现, CPJS-MZI单个干涉峰强度和波长对应的温度灵敏度分别为-0.0125dB/℃和52.9pm/℃, 应变灵敏度分别为0.0152dB/με和-11.44pm/με。结果表明, 基于SMF的CPJS-MZI可利用单峰实现温度和应变的同时测量, 且具有尺寸小、制备容易、成本低等优点, 在同时测量温度和应变传感领域具有潜在应用价值。

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。

设计和制作了一种基于单模多模细芯单模光纤马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构，可同时测量折射率和温度的传感器。该传感器中，多模光纤和细芯单模熔接点充当光耦合器。导入光纤中传输的光经多模光纤后在细芯光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模，不同模式光在细芯光纤中传输时将产生光程差，再经细芯单模熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模而干涉。传感器透射光谱随着环境折射率和温度的变化发生漂移，通过监测不同级次的干涉谷可实现折射率和温度的同时测量。通过对传感器的透射光谱进行傅里叶变换分析可知该透射光谱主要由LP01模和LP16模干涉形成。该传感器透射光谱中1535 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度的理论值分别为-55.90 nm/RIU和0.0501 nm/℃(其中RIU为折射率单位)；1545 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度的理论值分别为-56.26 nm/RIU和0.0505 nm/℃。在折射率和温度的变化范围分别为1.3449~1.3972和20 ℃~90 ℃的环境中对传感器的响应特性进行实验研究，结果表明：透射光谱中1535 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度分别为-53.03 nm/RIU和0.0465 nm/℃；1545 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度分别为-54.24 nm/RIU和0.0542 nm/℃。理论分析与实验结果相一致。该传感器在生物医学领域有较好的应用前景。

以光纤马赫曾德尔干涉仪作为光强度调制器件，通过光纤耦合器构造光电反馈回路搭建了一种新型电光混合型光学双稳装置。对光学双稳原理进行了研究分析，用图解法形象地解释了双稳工作原理，并且通过在实验中改变该器件的输入光强实现了光学双稳态，得到的光学双稳现象显著，双稳工作状态稳定。该器件有诸多重要应用，如工作在稳态区域时可用做光纤激光功率稳定器，工作在开关区域时可用作光开光、光路由器。

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。