针对双螺旋结构微纳光纤耦合器（DHMC），理论研究其游标效应的内在机理和光谱特性。实验制备直径为5~7 μm的DHMC，并研究其应变、温度以及折射率的传感特性，采用快速傅里叶变换（FFT）并利用带通滤波对特征干涉光谱数据进行提取，分别得到在x、y正交偏振态下的干涉光谱以及它们叠加形成的游标光谱。实验结果表明：制备的DHMC的结构参数及光谱特性与基于理论分析的预测基本吻合；DHMC的x、y偏振态干涉谱叠加形成的游标效应光谱与x、y正交偏振态下的干涉光谱相比较，对应变和温度传感呈现出减弱的光学游标效应，而对折射率传感则呈现出增强的光学游标效应。以上研究结论对DHMC的制备及其在折射率、温度及应变传感中的应用具有实际指导意义。

研究了一种基于色散拐点（DTP）微纳光纤耦合器（OMC）的通孔悬臂梁高灵敏度振动传感器。首先，从理论上分析OMC的轴向应变特性和振动特性，及其在轴向应变作用下的光谱特性。然后，采用熔融拉锥法制备多种不同直径的OMC并进行轴向应变实验。实验结果表明：当OMC的直径为1.6 μm时，其DTP位于1500 nm附近，轴向灵敏度高达-35 pm/με，约为普通OMC的3.5倍。最后，将具有高轴向应变灵敏度的OMC固定在通孔悬臂梁上，制作成一种高灵敏度振动传感器，用于检测振动信号。结果表明：传感器检测的频率范围为30~2800 Hz，在一阶谐振频率（52 Hz）处响应最强；在一阶谐振频率之前的平坦区（约40 Hz）中，传感器在微弱振动（0~0.6g）下的加速度灵敏度高达85 mV/（m·s^-2），并具有良好的线性度。

提出了一种基于多芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪，其由单模-多芯-多模-单模光纤拼接而成，其中多模光纤充当耦合器，单模光纤与多芯光纤错位熔接形成不对称结构。实验研究了干涉仪的弯曲应变与轴向应变特性。实验结果表明，当干涉仪弯曲时，干涉仪透射谱波长发生线性漂移。利用波长变化可调解出弯曲的曲率大小，并且最大弯曲曲率灵敏度为-16.88 nm/m^-1。当干涉仪向0°和180°方向弯曲时，波谷波长漂移方向相反，由此可初步判断弯曲方向。此外，干涉仪对轴向应变也有较好的敏感性，利用测得的弯曲曲率与轴向应变灵敏度构建测量矩阵，可实现弯曲曲率与轴向应变的同时测量，并消除交叉敏感。

提出一种利用极大倾角光纤光栅(Ex-TFG)谐振峰的3 dB点进行悬臂梁低频振动检测的优化方法。对Ex-TFG的轴向应变和弯曲应变特性进行理论分析和实验验证;对基于光强调制的Ex-TFG振动传感的光谱响应特性进行理论分析,采用Ex-TFG谐振峰的3 dB点对振动进行实验研究。实验结果表明:1)Ex-TFG在轴向应变和弯曲应变条件下,其谐振波长均发生蓝移,横电(TE)模和横磁(TM)模的轴向应变灵敏度分别为-2.8 pm/με和-1.8 pm/με,透射强度基本不变,在0~0.4 m ^-1的曲率范围内基于光强变化的弯曲应变灵敏度分别为2.6 dB/m ^-1和1.2 dB/m ^-1,基于波长漂移的弯曲应变灵敏度分别为-3.34 nm/m ^-1和-2.53 nm/m ^-1;2)在低频振动的检测中,Ex-TFG的TE模和TM模的谐振峰3 dB点的振动加速度灵敏度分别为113.54 mV/g和100.93 mV/g,比谐振峰的峰值波长点(100%点)的振动加速度灵敏度高2倍多,且信噪比(SNR)高约10 dB。此外,SNR随悬臂梁厚度的增大而增大;3)在相同条件下,TE模具有比TM模更高的振动响应灵敏度,但TM模比TE模具有更好的输出稳定性。

理论推导了双折射光纤环镜波长变化与轴向应变的公式, 研究表明: 双折射光子晶体光纤环镜轴向应变灵敏度比传统双折射光纤环镜大为减小。 通过监测双折射光子晶体光纤环镜波长的变化, 来实现轴向应变的测量就变得较为困难; 且输出干涉光谱局部呈凹凸不平, 波长监测容易导致数据测量误差。 实验监测双折射光子晶体光纤环镜应变光谱, 对应变光谱分析发现: 随着应变增加, 监测波峰下的绝对积分呈现减小的趋势。 进一步精确计算分析发现: 监测波峰下的绝对积分与应变成线性关系。 基于此, 提出了通过监测波峰下的绝对积分的变化, 来实现轴向应变的测量。 波峰下的绝对积分是表征各波长光强的综合性能指标, 通过监测波峰下的绝对积分的变化, 来实现轴向应变的测量, 不仅可以克服双折射光子晶体光纤环镜监测波长变化的困难, 而且还可以克服波长监测局部寻优导致的测量误差。

为了研究双折射率对双折射光纤环境轴向应变灵敏度的影响，选取双折射应变系数相同，双折射率不同的双折射光纤，通过数值模拟得到轴向应变灵敏度随双折射率变化的趋势。模拟结果表明轴向应变灵敏度随着双折射率增加而减小。实验选取不同双折射率光纤构建光纤环境轴向应变传感器，进行应变灵敏度对比实验，将获取的双折射率、轴向应变灵敏度数据进行曲线拟合，实验拟合曲线与仿真曲线呈现良好的一致性。结果表明，选择双折射率较小的双折射光纤作为敏感元件可以提高双折射光纤环境轴向应变灵敏度，但是双折射率存在一定下限，否则将产生微弱的干涉光谱而无法进行轴向应变测量。

理论推导了高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度公式, 讨论了在高双折射光纤材料和入射光源不变的前提下, 高双折射光纤长度以及作为敏感元件的传感长度与传感器轴向应变灵敏度的关系, 讨论了入射光源相同时高双折射光纤材料与传感器轴向应变灵敏度的关系。 结果表明: 在高双折射光纤材料和入射光源不变的前提下, 高双折射光纤环镜波长变化与轴向应变成线性关系, 线性灵敏度为高双折射光纤材料和入射光源中心波长决定的常数, 与接入的高双折射光纤长度、 作为敏感元件的传感长度无关。