为清晰了解光纤微弯损耗的产生机理,并对其进行有效地估算和测试,对产生光纤微弯损耗的两种机理——纯弯曲致微弯及耦合致微弯进行了分析,简述了与此最相关且最有效的理论公式,指出了影响微弯损耗最重要的因素;提出金属网覆盖光纤盘法及双槽平板法;基于截向应变及纯弯曲理论,针对两种机理,分别建立了两种对应的仿真算法,通过对被测光纤在测试平台中产生的微小畸变和弯曲进行分解和仿真,实现了对两类微弯损耗的估算;建立测试平台并进行实际测试,结果表明,所提仿真算法的计算值与实测结果的一致性较为满意,所提测试方法可以用于制订标准并加以推广。

针对机械微弯长周期光纤光栅的基模HE11到高阶纤芯矢量模式(TE01、TM01和HE21)的耦合特性,分析了阶跃型和反抛物线型两种少模光纤结构下机械微弯长周期光纤光栅的光栅周期、微弯幅度和耦合系数等参数对矢量模式耦合的影响。研究结果表明,耦合系数是模式耦合过程中的关键,通过施加压力改变光纤的微弯幅度可以有效调谐光栅矢量模式的耦合强度。基于反抛物线型光纤结构的机械微弯长周期光纤光栅可以特定波长激发特定的高阶矢量模式(TE01、TM01和HE21),并且由基模向高阶模式转换的谐振波长可调谐。该机械微弯长周期光纤光栅在矢量模式复用、轨道角动量的产生和复用领域有潜在的应用价值。

煤矿开采过程中的水灾害往往带来各种巨大损失, 而对矿井渗水的监测一直比较困难。基于光纤微弯损耗原理和光时域反射(OTDR)技术, 提出了一种针对矿井渗水的检测定位方法。结合膨胀土防水毯(GCL)遇水膨胀的特性, 井壁渗水区的GCL膨胀并传导形变至与之紧贴的光纤, 通过光纤微弯损耗原理获取对渗水情况的检测结果, 同时结合OTDR原理, 可对出现弯曲损耗的形变点即渗水点进行定位。实验证明渗水位置与测量结果基本吻合, 该方法具有较好的定位效果。

设计了一种适用于极寒温度(-70℃)条件的耐低温的特种光纤，其结构包括纤芯层、内包层、凹陷包层和外包层.研究了光纤芯层/内包层的相对折射率差与弯曲损耗之间的关系，对比了不同涂覆层模量厚度和对光纤微弯损耗的影响.优化光纤拉丝工艺，获得了一种可长期应用于-70℃极寒温度下，在1 550 nm、1 625 nm波段处附加损耗低于0.01 dB/km的石英光纤.本文研究工作为耐极寒光纤、光纤复合架空地线的制备及产业化提供了可靠的理论与实验依据.

利用两个交替放置的周期性V型刻槽板对均匀扭转后的普通单模光纤径向施力制作螺旋型力学微弯长周期光纤光栅(H-MLPFG)。通过实验研究了周期压力和扭转率对该光栅传输谱特性的影响, 以及其偏振相关特性。结果表明, 施加在光纤的径向压力可以改变H-MLPFG的耦合强度, 但不影响其谐振波长变化, LP13耦合模耦合强度在波长1 54975 nm处为30.1 dB。当光纤扭转率由0增大到5.38 rad/cm, LP11、LP12和LP13模对应的扭转灵敏度分别为159、1.82和2.24 nm/(rad·cm-1)。光纤扭转率为0.90 rad/cm时, LP13包层模具有最大偏振相关损耗, 在波长1 550.45 nm处偏振相关损耗约为6.86 dB, 对应的谐振波长分离值为1.4 nm。该方法制作的LPFG模式耦合强度和谐振波长具有可调谐和可重构性的优点、且结构简单, 在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。

采用优化改进的CO2激光器制备了两种不同刻槽深度的长周期光纤光栅（LPFG），实验研究了光纤光栅刻槽区结构对应变传感特性的影响。研究结果表明:单侧周期性刻槽会在光纤光栅表面形成应力集中区，在轴向应变作用下发生微弯形成波状型结构，从而极大地提高了其应变响应灵敏度，深刻槽光纤透射谱的谐振波长线性漂移达到-10.96 nm，应变灵敏度达到－19.37 pm/με，且测量误差小。利用有限元分析软件ANSYS对刻槽型光纤光栅进行网格建模和模态仿真分析，得到其刻槽结构区的应变分布图。结果表明，深刻槽型光纤光栅随着应变增加，轴向微弯形变量增大，从而激发高阶包层模的耦合，提高了应变灵敏度响应。

为研究光纤微弯位移传感器，在单模光纤传输系统中设计了一个光纤圈和光纤微弯传感器。通过改变光纤圈的直径,以获得两个光斑，通过移动光纤微弯传感器,记录输出光斑旋转情况，并分析了传感器的移动位移和输出光斑的旋转角度之间的关系。实验表明,光斑转移角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,因此可通过检测光斑图像的旋转来实现位移量的测量。

研制了一种光纤微弯气压传感器，提出了一种利用梯形弹簧的压力非线性特性补偿光纤微弯传感器非线性的方法，并提出了利用差动检测克服光路损耗不稳定的方法。介绍了梯形弹簧光纤微弯传感器工作原理，对梯形弹簧变形量压力响应曲线进行非线性拟合，得到二次拟合曲线。实验测试了0～0.1 MPa 范围的气压传感特性。结果表明，光纤气压传感器的输出电压信号与气压值具有良好的线性关系，得到气压测量灵敏度系数约为2000 mV/MPa，能够满足气象及飞行器高度监测中对气压测量的要求。

鉴于电子护具在体育竞技方面的广泛应用和跆拳道电子护具的发展, 提出了基于光纤传感技术的散打电子护具。利用现有光纤微弯传感器的原理和特点, 设计出了合适的微弯调制器和各部分发射接收系统。在一定外部击打力作用下光纤会发生不同程度的弯曲, 从而可以得到不同的电压值, 并根据输出的电压值来判断运动员打击力的大小。实验测试表明, 在一定范围内击打力与输出电压值近似成线性关系,从而可实现散打运动的自动评判得分。

针对模式复用技术的特点，设计了一种用于模式复用的四模光纤。通过分析不同Δn(纤芯与包层的折射率差)值与少模光纤有效面积、有效折射率、微弯损耗以及色散之间的关系，确定合适的Δn值为0.96%。仿真分析了该少模光纤的模式特性，给出了光纤的主要参数，并与已有文献的相关参数进行了比较。结果表明: 所设计四种模式的光纤的有效面积达120μm2以上，损耗小于0.2dB/km，其他各项参数较好，是一种适合模式复用技术应用的少模光纤。