提出了一种基于聚合物微球腔的温度传感器，该温度传感器利用微球腔谐振波长漂移量测量外界环境温度变化量，兼具结构紧凑和高度灵敏的特点。首先利用有限时域差分法对拉锥光纤耦合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的谐振结构进行了仿真分析，验证了拉锥光纤激发聚合物微球腔中回音壁模式的可行性。实验结果表明，束腰直径为1.8 µm的拉锥光纤与直径为数十微米的聚合物微球之间通过消逝场耦合的方式能够激发品质因子为10⁴量级的回音壁模式。利用点式封装和全包裹封装相结合的方式将拉锥光纤和聚合物微球封装一体，一方面可保持两者之间稳定的耦合状态，另一方面保护拉锥光纤和微球腔免受外界污染。由于聚合物微球腔的负热光系数大于其热膨胀系数，其谐振光谱随外界温度降低发生红移。当外界环境温度在20~30 ℃范围内变化时，聚合物微球腔温度灵敏度为68 pm/℃。与传统光纤温度传感器相比，该传感器的高品质因子使其具有更低的探测极限，在受限空间内的原位温度精密测量中具有潜在的应用前景。

飞秒激光直写玻璃波导是快速制备三维集成光子芯片的一种重要手段，波导有效折射率的准确测量对于设计光子器件意义重大。设计并制备了一种断臂马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构对玻璃波导有效折射率进行原位精密测量。激光在断线区域和波导内的有效折射率不同，在传输相同长度下产生一定的相位差，最终导致不同的干涉结果。对断臂MZI结构的相位干涉结果进行处理，得到激光直写玻璃波导的有效折射率为1.504+7.7×10⁻⁴。利用RSOFT软件光束传播算法对器件进行模拟仿真，仿真结果与实验吻合良好。该精确测量玻璃波导有效折射率的方法对于提升光子芯片设计与制造能力具有重要意义。

为满足燃烧场温度参量时空演化特征诊断的需求，提出了基于多CCD同步耦合的动态三维辐射测温方法。在多视线方向测量基础上，通过代数重建技术对燃烧场进行体素分割，根据Plank辐射定律采用标准黑体辐射源对光电信号的映射关系进行标定，利用比色法实现三维温度场表征。进一步在时间序列上控制多CCD相机来同步获取燃烧场不同视线方向的辐射信息，基于R、G通道内的灰度信息，对实验室蜡烛火焰与外场某型号固体火箭发动机试验器尾喷焰的瞬态燃烧场温度参量进行了测试。结果表明，在实验室内，蜡烛火焰温度分布范围为805.4~1280.8 K，使用热电偶进行时空点位验证，平均误差为3.8%，最大误差为4.36%；固体火箭发动机试验器尾喷焰最高温度为2125.7 K，经近红外测温仪验证，测试误差在8%以内。该研究能够在保证时间、空间分辨率的条件下对燃烧场的三维温度参量进行特征诊断，在航天测试领域，对固体火箭发动机的温度参量测量提供了一种有效的方法。

基于布里渊光时域分析（Brillouin optical time-domain analysis, BOTDA）测量技术分别研究了单模光纤、光子晶体光纤和镀金光纤在1100 ℃、1200 ℃和1000 ℃的高温传感特性，通过对石英光纤的布里渊频移（Brillouin frequency shift, BFS）跳跃现象和涂覆层燃烧现象进行研究，指出石英光纤均需要退火才能够达到热稳定状态。退火后，三种光纤的布里渊频移随温度呈非线性变化。其中，单模光纤和光子晶体光纤高温状态下涂覆层气化，二氧化硅发生晶化导致其机械强度大幅下降，因此仅能作为一次性高温传感器；镀金光纤由于金涂层具有较高的熔点和良好的气密性，高温退火后仍然能够保持良好的机械强度，因此可以作为一种重复使用的高温传感器。该研究有望为高温传感应用（如涡轮发动机内部温度监测）提供一种技术参考。

针对发动机进气口总温总压测量的需求，设计了一种滞止罩式总温总压光纤复合探针。首先，利用有限元法对探针结构进行气动仿真，分析了探针结构参数对测量结果的影响。在此基础上，制造了总温总压光纤复合探针，并搭建了静态测试系统测试了其工作性能。实验结果表明，总温总压光纤复合探针可以工作在150 ℃，0.25 MPa的温压复合环境中，在常温至150 ℃范围内总压传感器的最大非线性度为0.5%，常压环境下总温传感器最大非线性度为4.04%。最后，根据温度数据完成了压力参数的温度解耦，全温区压力测量误差不超过1.55%。设计的总温总压光纤复合探针直径为5 mm，有效减少了探针对流场的干扰。

在高速飞行器、航空发动机、核反应堆等**安全和国民经济的重要领域，需要实现1800 ℃以上的高温原位测量。常规石英光纤传感器受限于材料特性，无法在1000 ℃以上高温环境中长期稳定使用。单晶蓝宝石光纤具有极高的熔点（2053 ℃）和较低的传输损耗，是一种良好的高温传感材料。在单晶蓝宝石光纤内部刻写布拉格光栅，可以研制出蓝宝石光纤光栅传感器，具有耐温性能好、测量精度高、便于多点测量等优点，是当前最具发展前景的新型高温传感器件。首先介绍了蓝宝石光纤光栅高温传感器的工作原理和理论模型，接着介绍了利用飞秒激光制备蓝宝石光纤光栅的三种主流技术，包括相位掩模板扫描法、双光束干涉法、直写法，并从制备效率、光谱质量等方面比较了三种技术的优劣，指出飞秒激光直写法是制备蓝宝石光纤光栅高温传感器的最佳手段；然后介绍了蓝宝石光纤光栅的光谱优化方法，包括如何减小光栅光谱带宽和如何降低光谱噪声；进一步介绍了蓝宝石光纤光栅的高温传感特性、封装工艺及高温温度、应变传感应用；最后展望了蓝宝石光纤光栅传感器的未来发展趋势。蓝宝石光纤光栅高温传感器的快速发展和大规模推广应用，必将有助于解决当前我国航空航天、核电等领域重大装备结构健康监测的卡脖子难题。