为了解决注水井下安装和维护传感器难度大和成本高的问题，设计和理论分析了一种基于杠杆-铰链结构的靶式光纤布喇格光栅（FBG）流量传感器，将传感器结构中的FBG1和FBG3分别粘贴在杠杆-铰链两端构成差动结构，使传感器具有低启动与大量程特性；通过温度补偿光栅FBG2实现了温度和流量的同时测量。对传感器的结构进行了仿真与优化，得出传感器的优化参数，并以此参数为基础进行流量测量、重复性、温度测量、温度补偿、稳定性等实验。实验结果表明，该传感器可以同时测量流体流量和温度，其温度灵敏度为17.94 pm/℃，流量分辨率为0.039 L/s。

流量是科学研究及工业生产中的一项重要参数。在众多流量测量仪表中，涡街流量计是一种常用类型。由于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）具有灵敏度高、体积小和抗电磁干扰强等特点，基于FBG的涡街流量传感技术具有重要研究意义。概述了FBG涡街流量传感机理，分析了涡街发生体下游的流体状态与升力变化。从已有研究成果入手，分析提炼了基本型涡街发生体作用下的旋涡属性、涡街信号处理、消除管道振动和小流量测量四个关键性问题。最后，总结并展望了该项技术利用光学方法抑制干扰信号、小口径管道涡街流量测量和FBG传感封装与增敏三个方面，还提出了未来可能发展的研究方向，以期发展新型涡街流量计。

为了发展全光学流量测量技术，提出了一种基于掺钴高衰减光纤的光纤光栅热线式流量计。通过解调光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）中心波长进行流量测量，具体包括传感器制作、温度传感特性测定和流量测量实验。结果表明，基于衰减系数为89 dB/cm、工作波长约为1480 nm的掺钴光纤的FBG具有103 pm/℃的温度灵敏度；流量计在400~3700 L/h液体流量范围内可高重复性地实现测量；流量--FBG中心波长遵循特定非线性函数计算模型；流量计的平均灵敏度约为 015 pm/(L·h-1)，低流速下灵敏度最高可达到1 pm/(L·h-1)。所提出的流量计丰富了光纤光栅用于液体流量测量的研究。设计中采用了掺钴高衰减光纤自发热和单端毛细管封装，为流量传感器的全光学化、微型化和高灵敏度发展提供了新思路。

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)热式流量传感技术具有测量阈值低、灵敏度高等优点，是近年来流量测量领域的研究热点。概述了FBG热式流量传感原理，总结了当前该技术研究的重点和难点问题(主要分为传感器加热、结构设计、温度补偿和封装增敏四个方面)，旨在发现问题、展望未来。从近年来的典型研究成果入手，分析了电加热、光加热两种传感器加热方式和热线式传感结构。温度补偿和封装增敏部分则作为专题来研究,其中温度补偿旨在解决传感器加热换热与环境温度交叉敏感问题。最后归纳分析了该技术在大流量时的低灵敏度特性，并讨论了提升传感器灵敏度未来可能的研究方向和相关方法。

提出了一种在2 050 nm波段的基于新型无源三环复合子腔的单纵模掺铥光纤激光器。对所提出的新型复合三环子腔滤波器进行了详细的理论分析, 可以通过调整其有效自由光谱范围和透射带宽实现超窄带滤波, 从而确保激光器的单纵模运行。所搭建激光器的输出波长为 2 048.48 nm, 光信噪比为 70 dB, 100 min内的波长和功率波动分别小于 0.02 nm 和 0.453 dB。实验结果表明, 激光器可以工作在稳定的单纵模输出状态。该激光器有望用于自由空间光通信或用作多普勒激光雷达的高功率光纤激光器的种子源。

流量测量在工业生产过程中极其重要，基于光纤布喇格光栅（FBG）的流量传感器具有一系列的优点而备受重视。结合研究成果，详细说明了常见的的靶式FBG流量计、压差式FBG流量计、涡轮式FBG流量计以及其它类型的FBG流量传感器的测量原理和实验情况，最后展望了基于FBG的流量传感器的发展方向。

依据LED点光源模型发光特性, 以特定尺寸圆目标屏获得均匀准直照明为目标, 采用Skew-Ray 追迹法描述光线和设计TIR透镜, 其中将透镜全反射区域进行简化处理, 主要通过折射区域的双自由曲面相互配合控制光线实现照明目标。经过对透镜设计结果与１ｍｍ×１ｍｍ 的LED扩展光源模型的组合进行非序列光线追迹模拟, 模拟结果表明在距离光源2m范围内特定尺寸目标屏所获得光能利用率至少可达到79.6%, 同时目标屏在近场和远场处照明均匀度可分别达到95.9%和83.9%, 若以±1°作为光线准直半角标准, 目标屏准直光线百分比可分别达到88.6%和73.8％。

为了实现对激光器相位的准确测量, 提出一种基于保偏3×3光纤耦合器的激光器相位解调测量系统。将3×3保偏光纤耦合器的两路输出信号进行光电转换, 并利用微分交叉乘法进行相位解调计算, 得出相位信息。采用保偏3×3光纤耦合器及保偏延时光纤结构, 可省去法拉第旋光器, 简化相位解调测量系统结构, 并提高外界环境参数波动所导致的测量系统信号的解调稳定性。仿真结果表明: 在考虑随机噪声影响时(噪声标准差为0.1), 对不含有噪声和含有噪声的相位信号进行解调, 两种情况下的解调结果与预设给定值的吻合度较高; 前者估计误差为±0.3 rad, 后者估计误差为-0.3~0.45 rad。最后, 对这种方法进行了实验验证, 实验结果表明: 相位解调的实验结果与仿真结果相符, 二者的相位波动的功率谱密度吻合度高, 相关系数为0.98; 10组重复实验结果与仿真结果的相关系数皆在0.98以上; 随机两两组合10对实验结果之间的相关系数均在0.99以上, 满足测量系统的稳定可靠的要求。

制作了一种单纵模超窄线宽环形腔掺铥光纤激光器, 使用未抽运的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体, 结合光纤光栅法布里-珀罗滤波器, 实现了激光器的单纵模运转和超窄线宽输出。实验结果表明：激光器在室温下可以获得中心波长为1942.03 nm、光信噪比为63 dB的稳定输出。通过100 min的连续测量, 激光输出功率的波动小于0.62 dB, 中心波长的波动小于光谱仪的最小分辨率0.05 nm, 在一定时间内具有良好的稳定性。采用基于频率噪声的线宽测量方法测得0.01 s测量时间下的线宽为300 Hz, 在0.1 s测量时间下的线宽约为3 kHz。所制作的激光器将在对2 μm波段激光纵模及线宽特性有严格要求的领域具有重要应用价值。