为了制备高质量表面周期结构，利用法布里-珀罗腔对飞秒激光进行时域整形，输出子脉冲间隔在1~300 ps内灵活可调的飞秒激光脉冲串，在硅表面诱导亚波长周期条纹。实验结果显示，利用飞秒激光脉冲串诱导得到的亚波长周期条纹明显优于原始高斯光诱导的亚波长周期条纹。利用子脉冲间隔为100 ps的脉冲串诱导的亚波长条纹最佳，条纹周期为1 008 nm，结构取向角为2.8°，边缘粗糙度为3.9 nm，可达到光刻工艺的标准。

设计并制作了一种高灵敏度且制作简单的聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）微球与单模光纤复合的湿度传感器。该光纤湿度传感器由PMMA微球与单模光纤构成。由于在微球中形成了法布里-珀罗腔，当外界环境湿度升高时，PMMA微球吸收水分子体积膨胀，导致法布里-珀罗腔的腔长增长，使得传感器干涉光谱的波峰（谷）发生红移，从而实现湿度传感。对所制作传感器的湿度响应、稳定性和重复性等进行了实验研究，实验结果表明：在30%~80%湿度范围内，该湿度传感器的灵敏度达173.36 pm/%RH，波长漂移随相对湿度变化呈良好的线性关系，其线性度达0.992 26，且具有良好的稳定性和重复性。该PMMA微球与单模光纤复合的湿度传感器具有灵敏度高、结构简单、无需镀膜且易于制作的优点。

微创外科穿刺手术探针的末端力测量是实现其精准控制和提高手术质量的关键，对保证手术操作的安全性至关重要。本文针对穿刺手术探针末端力测量的实际需求，设计了一种可集成于探针中的法布里-珀罗（Fabry-Perot， F-P）腔级联布拉格光栅（Fiber Bragg Grating， FBG）的光纤力传感器。首先，基于F-P腔的双光束干涉理论及光纤光栅传感理论并结合探针的悬臂梁结构，分析建立了植入在探针中光纤传感器的F-P腔和FBG传感模型，推导出F-P腔和FBG特征波长漂移量与施加力的映射关系，同时引入力与温度灵敏度矩阵，实现了探针力测量的同时有效避免了温度的交叉影响问题。接着，通过化学腐蚀的方法制备了光纤F-P腔并级联FBG形成传感器，并将传感器集成在手术探针中。最后，为了校准并检验本文所设计的F-P腔级联FBG光纤力传感器，对传感器进行了力与温度灵敏度的标定实验和稳定性测试实验。结果表明，该传感器的光纤F-P腔力灵敏度可达331.8 pm/N，FBG力灵敏度可达159.9 pm/N，线性度高于0.99，平均波长漂移为25 pm。本文设计的探针力传感器灵敏度高且线性度好，在微创外科穿刺手术机器人领域具有广阔的应用前景。

针对在多腔型法布里-珀罗传感器中难以提取动态信号的问题，提出了一种用于多腔型法布里-珀罗传感器的三波长解调技术。该解调技术使用放大自发辐射光源和三个固定中心波长的宽带光纤滤波器，使干涉现象仅发生在多腔型光纤法布里-珀罗传感器的短腔中，以此提取较短腔的三个干涉信号。建立了校正算法和反正切算法来提取振动信号。实验结果表明，该解调技术成功提取了频率为1 kHz、峰峰值幅度为2.6 μm的振动信号。解调速度为500 kHz，解调分辨率为0.25 nm。该解调技术具有系统紧凑、成本低、速度快、鲁棒性高等优点，在多腔型法布里-珀罗传感器方面有巨大的潜力。