为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。

提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）和反共振（AR）效应的光纤温湿度传感器。将单模光纤（SMF）和端面固化了聚酰亚胺（PI）的带涂层无芯光纤（NCF）插入非封闭硅管两端构建FPI，利用具有相似光程的空气腔和空气-PI混合腔产生光谱叠加的游标效应，显著提高相对湿度检测灵敏度。NCF包层的光和部分折射进丙烯酸树脂涂层的光耦合形成AR，利用温度引起涂层折射率的改变导致AR非透射波长产生漂移，实现对温度的高灵敏度测量。实验结果表明：在10%~80%的相对湿度范围内，相对湿度灵敏度为510.25 pm/%；在26~35 ℃的温度范围内，温度灵敏度可达-4.48 nm/℃。该传感器具有成本低、灵敏度高的优点，在生物医学、健康监测等方面具有重要的应用价值。

将光纤法布里-珀罗（法珀）微腔与微波导相结合，提出一种光纤法珀微波导腔高灵敏度折射率传感器。光纤法珀微腔可以将光场限制在微米量级的区域内，并对腔内的微波导结构起支撑保护作用；微波导在保证结构良好导光能力的同时，基于其强倏逝场特性，进一步提升整体结构的折射率灵敏度。此外，基于飞秒激光双光子聚合高精度3D打印技术，可实现波导直径仅为2 μm的光纤法珀微波导腔，并保证良好的制备重复性。实验结果表明：随着光纤法珀微波导腔传感器腔内液体折射率的增加，传感器的干涉光谱发生蓝移，在1.3346~1.3764折射率范围内灵敏度可达525.81 nm/RIU，与仿真获得折射率灵敏度（555.14 nm/RIU）结果接近；该传感器还展现了优良的线性响应特性，线性拟合系数可达0.9948；相比于传统无微波导的光纤法珀微腔结构，干涉光谱峰值提升了8.2 dB，折射率灵敏度提升了近4倍。

引力波的直接探测打开了宇宙观测的新窗口, 开启了引力波天文学的新时代。当前世界上运行的第二代地基引力波探测装置分别包括位于美国汉福德和利文斯顿的两台LIGO、位于意大利的Virgo和日本的KAGRA。然而, 第二代引力波探测器的应变灵敏度较低, 无法探测宇宙中绝大部分天文事件, 因此亟需建设第三代地基引力波探测装置。基于山西大学的低噪声激光光源和山西省的废弃矿井资源, 山西省政府已经立项, 支持建造第三代地基引力波探测装置“谛听计划”。本文通过计算迈克尔逊干涉仪、法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪、功率循环的法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪对引力波信号的频率响应, 并与美国激光干涉引力波天文台的LIGO探测器进行对比, 分别确定了“谛听计划”法布里- 珀罗腔和功率循环镜的反射系数。

In this study, we present a dual-Fizeau-interferometer-based high-speed and wide-range fiber-optic Fabry-Perot (F-P) demodulation system. We employ two Fizeau interferometers with air cavity thickness satisfying the quadrature requirement to increase the demodulation speed and broaden the demodulation range in order to address the issues of the existing fiber F-P demodulation system’s sluggish demodulation rate and limited range. In order to investigate the demodulation properties of the dual-Fizeau-interferometer-based demodulation system, we derive and create a theoretical model of the system. The theoretical model, which primarily consists of the structural design of the interferometer and the study of the center wavelength of the light sources and their bandwidth selection, is used to construct the optical structure of the demodulation system. According to the calculation results, the demodulated signal exhibits the best contrast ratio when the two light sources’ respective center wavelengths are 780 nm and 850 nm, and their bandwidths are 28 nm and 30 nm. Finally, we finish evaluating the demodulation system’s demodulation performance, parameter calibration, and assembly debugging. The test results demonstrate the constant operation of the demodulation system, an update rate of 100 kHz, a demodulation range of 4.74 μm, and a cavity length resolution of approximately 5 nm. Additionally, the system can perform high speed demodulation thanks to the light emitting diode’s (LED’s) nanosecond level switching speed and the usage of a single point detector.

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉成像光谱仪以体积小、高光通量、高空间分辨率和高光谱分辨率等众多优势特性, 成为研究热点。由于其干涉条纹不是正弦条纹, 因而无法直接用快速傅里叶变换获得精确光谱曲线。详细推导了变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉仪多光束干涉原理和其光谱复原原理, 给出干涉条纹与光谱曲线的数学关系; 从理论上证明了光谱复原方法的可行性和必要条件, 并给出理论误差。此外, 还基于 MATLAB进行了仿真和光谱成像系统实物实验, 验证了理论分析的正确性。为 F-P干涉成像光谱仪的工程化提供了理论依据, 并对设计中的参数确定具有指导意义。

本文提出了一种基于多波长平均的五步相移解调方案，解决非本征光纤法布里-珀罗（F-P）传感器阵列的串扰问题。以光纤F-P传感器的两基元并联复用系统为研究对象，探讨了基于五步相移解调方案的基本串扰理论以及多波长解调抑制串扰的具体方法。通过数值仿真研究了串扰与传感系统的消光比、平均波长数、波长间隔以及不同传感器基元腔长的关系，对单波长解调方案和多波长解调方案的串扰抑制效果进行了对比分析。结果表明，相较于单波长解调方案，多波长解调方案通过对多个连续工作点处的五步相移信号解调结果进行平均，降低了传感阵列的串扰。同时，该解调方案降低了对传感阵列光开关消光比和不同基元间腔长一致性的要求，有效推进了光纤F-P传感器阵列大规模复用的发展。