提出并制备了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）增敏的级联双腔温度传感器，该传感器由PDMS腔和空气腔级联而成，且级联双腔的光程相近，从而干涉谱产生游标效应。此外，空气腔的两端均为PDMS，当温度增加时，空气腔两端的PDMS因膨胀同时挤压空气腔，大幅提高了空气腔的温度响应。在PDMS膨胀和游标效应的双重作用下，该传感器具有非常高的温度灵敏度。实验结果表明，在40~42 ℃范围内，传感器的温度灵敏度约为-20.55 nm /℃，相比单个PDMS腔提高了37倍。该传感器具有结构紧凑、灵敏度高、稳定性好等优点，具有很好的应用前景。

近年来，基于新型荧光材料制备的荧光型光纤传感器由于具有发光强、灵敏度高、能够实时监测、操作简单等优点，在海洋环境、水质监测以及血液分析等领域都有着广泛的应用。本文论述了荧光型光纤传感器在溶解氧、pH和二氧化碳检测领域的最新研究进展，总结了不同类型荧光材料的检测机理、优缺点以及主要性能参数。最后，结合当前荧光型光纤传感器面临的问题与挑战对未来的发展方向进行了分析与展望。

在通信波段研究了基于亚波长尺寸微纳光纤的光热光谱气体传感技术，利用锥腰直径为1 μm的微纳光纤代替传统的自由空间光气室和空芯光纤实现紧凑的全光纤结构，其引导的倏逝场被气体吸收后会激发光热效应。仿真结果表明，约25%的光波以倏逝场的形式沿光纤表面传播，可提供的光热效应强度约为空芯光纤的187倍。通过外差干涉法在微纳光纤提供的4 mm超短有效传感光程上实现了1512.24 nm处10^-6级别氨气（NH₃）检测。当使用的泵浦光功率为3.6 mW时，得到1σ噪声等效检测下限为39×10^-6，30个泵浦调谐周期内探测信号的不稳定性小于0.5%。

提出并制备了一种温度自补偿的光纤表面等离子体共振（SPR）折射率传感器，用于实现温度和折射率（RI）的同时测量。该传感器利用细芯光纤（TCF）与多模光纤（MMF）构成MMF-TCF-MMF双通道级联结构，通道1涂覆银膜实现折射率传感，通道2涂覆复合膜（Ag-ITO）以及聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜来实现温度传感，进而达到温度补偿的目的。当折射率和温度变化时，两个共振波长将发生变化，通过监测两个共振波谷的波长偏移可以同时测量折射率和温度。实验结果表明，两个通道在1.333~1.357 RIU（RIU为折射率单位）范围内的折射率灵敏度分别为3141.85 nm/RIU和0 nm/RIU，40~80 ℃范围内的温度灵敏度分别为-0.07 nm/℃和-1.74 nm/℃。该传感器具有体积小、灵敏度高、易制作等优点，在生物医学、环境监测等领域具有一定的应用价值。

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。

针对干涉型光纤传感器，提出一种利用虚拟干涉仪实现灵敏度可调控的光学游标增敏方法，并将其应用于光纤法布里-珀罗（FP）温度传感器的增敏测量中。通过将拉锥光纤插入封有UV胶的毛细管中制得所设计的温度传感器，利用UV胶在不同温度下的体积膨胀与收缩改变FP腔长，使其干涉谱发生漂移，从而实现温度测量。根据干涉公式得到虚拟干涉谱，该虚拟干涉谱与温度传感器干涉谱叠加后产生并联式光学游标效应，通过测量叠加谱包络的漂移实现温度的增敏测量。在分析游标增敏原理的基础上，通过改变双腔长度，对游标包络的放大情况进行了仿真，制备出温度传感器样品，通过实验实现了多种温度灵敏度的调控，验证了该增敏方法的可行性。该游标增敏方法避免了实体参考干涉仪引入的误差，且灵敏度调控更加灵活和准确，具有较好的应用前景。

为了提高分布式光纤温度传感的空间分辨率，提出了一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射（BOCDR）新技术。笔者发现了外调制BOCDR系统中的拍频谱噪声，分析了该噪声的起因以及其对被测信号混叠的影响，并据此发现使用较大的调制中心频率可以抑制拍频谱噪声对布里渊散射信号混叠的影响，从而获得较高的空间分辨率及较大的温度测量范围。利用所提出的基于大调制中心频率的BOCDR新技术，在一个验证实验中，使用一段长为17.2 m的G657光纤实现了连续分布式测量。实验结果表明，外调制BOCDR系统的空间分辨率为11.6 cm，温度的测量不确定度为0.26 ℃，测量不确定度比同类系统低一个数量级。

电池状态监测对于电池健康运行至关重要。随着电池性能不断提升，应用日益广泛，开发一种经济有效的电池传感系统迫在眉睫。与传统的电池传感技术相比，光纤传感器具有独特的优势，包括灵敏度高、体积小、容易集成、成本低等。本文全面概述了可用于电池状态监测的各种光纤传感器，包括光纤光栅传感器、光纤干涉仪传感器、光纤倏逝波传感器、光纤光致发光传感器和光纤散射传感器等，探讨了其工作原理，介绍了不同传感参数对应的传感方法及其性能。最后，提出了未来电池传感研究的挑战并进行了展望。

为了提高光纤苯酚含量传感器的灵敏度和选择性，构建了一种新型苯酚含量表面等离子共振（SPR）光纤生物传感器。传感器主要由辣根过氧化物酶（HRP）修饰 SPR光纤和苯酚选择透过性膜构成。首先在光纤表面聚合聚多巴胺（PDA），用于吸附纳米金成膜并激发SPR效应，随后在金膜表面再次聚合聚多巴胺用于固定HRP，获得HRP修饰SPR光纤。β-环糊精掺杂PEBA2533苯酚选择性聚合物膜固定在HRP修饰光纤表面。水体中苯酚分子自由通过聚合物膜后，吸附在HRP表面，在过氧化氢（H₂O₂）协助下被氧化生成难溶聚合物，增大HRP膜的折射率，促进传感器共振波长发生漂移，提高其灵敏度。研究表明，传感器对苯酚含量的测量具有高选择性和高灵敏度；在传感器采样时间为300 s时，灵敏度和检测下限分别达到224.84 pm·mmol^-1·L和159 nmol/L。

受光纤中声学声子10 ns的寿命的影响，传统布里渊光时域分析（BOTDA）传感器往往不能做到1 m以内的空间分辨率。利用差分脉冲对（DPP）技术可以突破该限制，实现更高的空间分辨率。但是传统的DPP技术存在测量时间长、差分信号间同步难度高和信噪比低等问题。本文提出一种基于布里渊增益-损耗效应的编码DPP-BOTDA系统，通过将处于斯托克斯频率和反斯托克斯频率的泵浦脉冲光同步注入光纤，利用散射光的布里渊增益-损耗效应在光路上差分，解决了信号间的同步问题，并且测量时间只需要传统DPP技术的一半。还分析了传感系统中掺铒光纤放大器增益特性对脉冲序列解码结果的影响，对增益不均匀条件下的编码增益进行了理论计算。实验结果表明，该系统可以实现50 cm的空间分辨率，与传统的单脉冲DPP-BOTDA系统相比，信噪比提高了3 dB。