布里渊光纤传感通过光纤中受激布里渊散射效应实现温度和应变测量，具有空间分辨率高、传感距离长和测量精度高等特点，因此分布式布里渊光纤传感成为近年的研究热点。本文通过对长距离分布式布里渊光纤传感研究进展的调研和分析，概括了长距离布里渊传感面临的主要限制因素和解决的关键技术，重点介绍了基于时分复用、频分复用、脉冲编码、宽带频率调制和图像处理算法的长距离布里渊光纤传感技术。随着长距离布里渊光纤传感器的实际工程化，对于快速测量的需求愈发显著，这将是未来长距离布里渊光纤传感的主要研究方向。

本文介绍了本课题组在光纤微流激光传感器和无源光纤微流传感器两方面的研究进展。光纤微流激光传感器利用光纤微流激光的输出变化来探测生化参数的改变。光纤截面作为环形微腔形成光反馈，增强了腔内光子和待测物质的相互作用，从而提高了微流激光的传感灵敏度。此外，光纤尺寸均匀，易低成本、批量制作光纤微腔，可制备高重复性或一次性使用的光纤微流激光。本文还介绍了基于光力/光热效应的无源光纤微流传感器。该类传感器利用光产生的力学或热学效应对微流体进行温度、流速、浓度传感，具有灵活性高、集成度好、多功能、可重构等特点。

随着特种光纤光栅刻写制作技术以及信号解调技术的发展，光纤光栅传感器的测量精度和测量频带不断得到提升，这大大促进了其在地球物理勘探、地震观测以及海洋观测等具有高精度探测需求的领域中的应用。当前，高精度宽频带光纤光栅传感器的发展依然面临一些核心器件与关键技术方面的挑战，包括高精细度光纤光栅谐振腔、低噪声窄线宽可调谐激光光源等核心器件，高精度宽频带光纤光栅波长解调技术、大规模组网技术、高灵敏度信号拾取探头设计等关键技术。本文首先介绍了高精度光纤光栅传感技术的发展概况，然后重点阐述高精度光纤光栅传感系统所需的核心器件与关键技术，并对其在地球物理勘探、地震观测和海洋观测中的应用情况进行分析探讨，最后对高精度光纤光栅传感技术及其应用作了展望。本文旨在分析总结高精度光纤光栅传感技术及其应用中涉及的一些核心技术和急需解决的关键问题，以期为该项技术的发展和应用提供借鉴。

偏振串音是指光纤偏振器件与组件中两个正交偏振传输模式之间在微扰点发生的能量相互耦合的现象，而沿传输方向串音的连续分布既能够直接反映其光学偏振性能，如起偏、椭偏、消偏等特性，也能间接反映其制备工艺和外部环境状态，如连接与固定处的应力和应变、温度状态等。因此，偏振串音是光纤偏振器件与组件的固有性能和环境影响的综合体现，有望发展成为在线测试、诊断评价光纤偏振器件与组件性能的通用特征参量。基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量(OCDP)技术是实现分布式偏振串音检测的最优方法，它利用扫描式白光干涉仪实现不同偏振模式间的干涉，对分布式串音发生的空间位置及幅值强度进行精确测量，具有超高灵敏度、超大动态范围、超长测量长度等优点。本文以光纤偏振器件与组件——保偏光纤环和多功能集成光学调制器作为分布式偏振串音精确测量与应用的范例，介绍了基于OCDP 技术的分布式串音测试原理，回顾了测量误差的来源及相应的抑制方法，如由测试光路的参数非理想引入的静态误差以及由测试环境变化引入的动态误差，展示了不同环境温度下光纤偏振器件与组件的精确测试结果。最后，结合光纤偏振器件与组件复杂多变的工作环境，对分布式串音测量方法的发展进行了展望。

作为分布式光纤传感器核心技术，光反射仪能够对光纤进行非破坏性检测，获取沿光纤长度的反射率、折射率和偏振态等分布信息来判断光纤链路各类异常“事件”。在一些高端监测领域，例如光纤到户(fiber-to-the-home, FTTH)接入网的故障诊断、大型发电机组和大型变压器内部的热点和形变监测以及大飞机的机翼结构安全监测等应用，对传感器空间分辨率、测量距离等性能提出了非常高的要求。本文总结了光反射仪技术国内外的研究现状，并针对应用需求，回顾了几种实现长距离高空间分辨率光反射仪的关键技术及其在实现更高性能时所面临的技术难点。针对各类技术难点，分别提出三种创新性方案，从三种不同角度加以改善，推动光反射仪技术在分布式传感系统中的应用。

分布式光纤传感系统利用光纤既能传感又能传输信号的特性实现对光纤沿线振动、应变、温度等物理量的长距离连续测量，在周界安防、电网管道监控、大型结构健康监测等领域具有十分广阔的应用前景。上述的实际应用中，事件或故障的发生通常表现为振动、应变以及温度等物理量的改变，振动的探测频响高低、应变探测的动态响应能力以及多参数的同时测量都会影响事件的定位或预警。因此，振动的宽频测量、应变的动态测量以及多参数测量，对事件定位和信息完整捕获起着至关重要的作用，能够推动分布式光纤传感的应用发展。本文介绍了近年来在分布式光纤传感系统中，基于瑞利散射的宽频振动测量、基于布里渊散射的应变动态测量以及基于多散射的多参数测量取得的研究进展。

光纤传感系统离不开激光光源，作为被测量信号载体的光波，激光光源本身的性能，如激光器的功率稳定性、线宽、相位噪声等参数对光纤传感系统的探测距离、探测精度、灵敏度以及噪声特性起决定性的作用，因此发展优质激光光源已成为近些年的研究热点。本文简要论述了激光光源在光纤传感领域的发展状况；重点介绍了窄线宽激光光源、可调谐激光光源以及宽带白光光源在光纤传感技术领域中的应用需求；概括了现有激光光源在光纤传感中所面临的主要限制因素和关键技术。为了进一步提高光纤传感系统的性能指标，获得可在任意波段、任意时刻实现的超窄、超稳理想激光光源将是未来光纤传感的一个主要研究方向。

光纤声传感器是一种利用光纤作为传光介质或探测单元的一类声传感器，相比传统电声传感器其具有灵敏度高、频带响应宽、抗电磁干扰等优越特性，可广泛应用于**安全、工业无损检测、医疗诊断及消费电子等领域。按照声场与光的耦合方式，把光纤声传感器分为间接耦合型和直接耦合型两种，其中，间接耦合型光纤声传感器受声耦合材料频响特性限制，存在频响不平坦、带宽较窄及动态范围小等缺点；而直接耦合型光纤声传感器克服了上述的缺点，具有广阔的发展潜力。

本文提出将两个纤维增强复合材料(FRP)封装的光纤光栅(FBG)安装于角钢梁的两个面上，用来实现对角钢梁位移大小和方向的测量，实现对角钢结构的健康检测。本文将传感器分别安装在角钢梁不同面上的各个位置，通过有限元分析模拟了角钢梁结构的位移和传感器应变传递的关系，对传感器的安装位置进行优化设计，并进行了实验验证。仿真模拟和实验结果表明，传感器安装在合理位置能够实现角钢梁一端位移的大小测量和方向判别。研究结果对于利用光纤传感器实现对角钢构成的结构如桥梁、电塔、吊车等的健康监测提供了基础研究。

本文综述了空芯光子带隙光纤的独特性质，并介绍了近年来这类光纤在传感领域应用的新进展。光波在空气纤芯中低损耗传输是空芯光子带隙光纤的重要特性，它带来了长距离、大能量密度的光与物质相互作用通道，降低了光纤材料属性对传输光的影响(如中红外吸收、热光效应)，为诸如痕量气体/液体探测、高精度光纤陀螺仪等传感应用提供了高效的新平台。空芯光子带隙光纤内部精细的微结构具有新颖的机械性能和热性能，有利于诸如声波、振动探测等传感应用；还可结合光纤后期热处理、选择性填充等技术，对多孔包层进行结构修改或材料填充，获得进一步的性能和功能扩展。这些灵活性已用于开发具有新特性的光纤器件，例如光栅、起偏器和偏振干涉仪。目前，空芯光子带隙光纤传感技术的发展已大大扩展了光纤的环境感知能力和应用范围，是全光器件和光集成技术发展的重要方向。

本文提出了一种用胶体光子晶体来装饰单模光纤装饰端面的方法，并说明了这种结构用于相对湿度传感器的原理。研究了用垂直沉积法在光纤端面制备PS(polystyrene)胶体晶体、复合胶体晶体和SiO2 反蛋白石(inverse opal)的技术，用扫描电子显微镜表征了制备得到的胶体晶体及反蛋白石，测量了端面被胶体晶体修饰光纤的反射光谱，并测试了光纤端面复合光子晶体的相对湿度传感特性。提出了一种毛细管-光纤结构，提高了生长在光纤端面处胶体晶体的质量和其机械稳定性。

本文介绍了主流的特种光纤制备技术及其特点，并根据特种光纤在众多光纤传感领域的应用实例报道了熊猫型保偏光纤、旋转光纤、特殊环境用光纤以及分布式光纤传感用的新型光纤等特种光纤的研发方向及取得的成果。相比传统采用通信光纤的传感应用，基于特种光纤的光纤传感展现出明显的性能优势，并且衍生出多种新型传感机理的光纤传感系统。