研究光纤温度与传输特性之间的关系对光纤复合低压电缆(OPLC)的设计及应用非常重要。利用COMSOL 多物理场仿真软件建立了二维仿真模型,研究了光纤轴向应力随温度的变化情况,并通过与理论计算相对比验证了模型的合理性。其次,通过理论计算得到了石英光纤的应力弹光系数,并且基于弹光效应仿真分析了涂覆层材料为丙烯酸树脂和聚乙烯两种光纤的瞬态温升特性和热致应变损耗。结果表明,涂覆层材料为丙烯酸树脂的光纤在相同时间内温度上升幅度较小,在相同温度下的损耗也更低, 40°C到250°C范围内,其热致应变损耗随温度升高而线性增加,最大值为0.033 dB/km。从瞬态温升和热致应变损耗的角度出发,涂覆层材料为丙烯酸树脂的光纤在OPLC的应用中更具优势。

基于胡克定律和弹光效应, 建立了冲击机械应力作用下萨奈克光纤环非互易性相位误差产生的数学模型, 讨论了黏结剂的杨氏模量对萨奈克光纤环的影响, 通过仿真和实验验证了光纤黏结剂杨氏模量的大小对萨奈克光纤干涉仪误差的影响。结果表明黏结剂杨氏模量越大, 系统性能越稳定。

为了研究机械应力对石英滤波输出的影响,基于石英晶体的弹光效应,推导了石英晶体双折射率与不同方向机械应力之间的关系,并进行了数值模拟.采用了Ultra-6600系列紫外-可见分光光度计搭建了实验系统,得到了立奥型石英双折射滤光片的透射光谱图,并对光谱图进行了研究与分析.结果表明,在不同方向机械应力作用下,立奥型石英双折射滤光片的中心波长发生漂移;大小为0.0025N/m2机械应力沿Ox1轴、Ox2轴、Ox3轴方向作用,石英滤波片中心波长向长波长方向的漂移量分别约为0.4nm,0.6nm,1nm.这一结果对石英双折射滤光片的封装制作、正确设计和使用是有帮助的.

采用4×4 传输矩阵法研究了一维镜像结构光子晶体的应力效应，重点研究了应力导致的各项异性对缺陷模的影响。模拟结果显示，应力作用导致的晶体厚度的改变，将会导致透射谱中缺陷模的明显移动，缺陷模的移动和晶体厚度呈现线性关系。进一步研究证实，对于不同材料，应力作用导致的介质的各向异性将加强或削弱这一效应。在如今对传感器精度要求越来越高的情况下，光子晶体的这些特性在压力传感器的设计制作中显示出潜在的应用价值。

以普通单模光纤作为振动传感媒介, 利用振动在单模光纤中引起的弹光效应对光纤周围环境中的振动信号进行监控。通过Sagnac干涉的方式, 将由弹光效应引起的光信号相位变化解调成为光强变化, 再进行光电转换。对光电转换解调出来的信号通过归一化处理、预加重处理等一系列的算法方式作进一步分析处理, 提取出不同振动事件的振动特征数据, 以实现对单次冲击信号和连续振动信号的区分。以此实现对铁路沿线落石防护网上巨石滚落状况的监控。

为了研究金属镀层对光纤宏弯损耗性能的影响，建立了带金属镀层的光纤环所受热应力及热应力引起的弹光效应的数学模型。计算了金属镀层光纤环的热应力系数和折射率热应力系数。仿真分析了光纤环向热应力系数Kθt、径向热应力系数Krt和折射率热应力系数Kn的主要影响因素。结果表明：Kθt远大于Krt，光纤主要受到环向热应力，径向热应力可忽略；热应力及其引起的折射率变化与径向位置和镀层厚度有关，与光纤环的弯曲半径基本无关；镀层厚度在0~2000 μm范围内，随着厚度增加，Kθt和Kn均会先快速增大，再缓慢增大并趋于稳定；Kn为负值，随着温度增加，热应力将引起光纤折射率逐渐减小。该模型从理论上解释了金属镀层光纤环的热应力会引起光纤折射率变小，从而改变光纤的宏弯损耗。

利用锗酸铋（BGO）晶体的弹光双折射与电光双折射可以相互补偿的特性，设计并研究了一种新型光学应力传感器。折射率椭球分析结果表明，在垂直于BGO晶体的(111)晶面方向上同时施加应力和电场，晶体的弹光双折射能够被电光双折射所补偿，因而可以实现应力的闭环光学测量。光学传感单元主要包括两个棱镜偏振器和一块平行四边形的BGO晶体，该晶体自身能够通过对光波的两次全反射产生0.5π的光学相位偏置，因而不需要附加四分之一波片。实验测量了30 kPa以内的压缩应力，被测压缩应力与补偿电压之间具有较好的线性关系，且每1 kPa压缩应力所需要的补偿电压约为4.26 V。

设计并研制了一种基于LP21模式的新型光纤弯曲传感器。该传感器通过检测敷设于弹性基片上的光纤所传输的LP21模式光斑图像的旋转，实现对弯曲值的高精度测量。运用光纤耦合模理论和弹光效应求解LP21的模方程，证明该模式具有弯曲无关和扭转线性的特性，并检验了光纤弯曲传感器对不同结构参数和环境温度下的性能。实验结果与理论分析相吻合，证实该传感器具有较大的线性动态范围，温度稳定性高，且能辨识弯曲方向。

利用聚焦离子束技术将金属线栅结构加工到一个工作在1550 nm波段的标准单模光纤的端面。金属线栅选用的金属是金，周期为 200 nm，尺寸远小于入射光的波长。根据有效介质理论，通过金属线栅结构的透射光为偏振光。TE模式和TM模式的反射率对比度为13.7 dB，其对比度和灵敏度可满足弹光效应和法拉第磁光效应引起的偏振性变化的检测要求。基于金属线栅结构，得到了灵敏度为0.237 rad/N的压力传感器和灵敏度为0.06022°/A的电流传感器。

利用时域有限差分(FDTD)程序计算了二维砷化镓石墨点阵柱状光子晶体的能带。结果表明, 这种二维石墨点阵柱状光子晶体在0.53～0.58的归一化频率区间有一个完全光子带隙。基于此, 构造了一种二维砷化镓石墨点阵柱状光子晶体应力传感器的模型, 利用FDTD方法, 计算了传感器共振腔TEy模的共振峰波长沿x轴方向和y轴方向应力变化的情况, 以及共振峰波长随应力环境变化的情况。计算结果表明, 传感器共振峰波长随应力环境变化具有很好的线性特性, 其应力响应灵敏度为0.0111 nm/MPa; 这种石墨点阵柱状光子晶体传感器沿x轴方向和y轴方向的应力响应灵敏度相同。