为了解决单一金属膜结构的光纤表面等离子体共振（SPR）盐度传感器结构不稳定且灵敏度较低的问题，设计了一种高灵敏度的锥形三芯光纤结构的SPR盐度传感器。以银膜为激发表面等离子体共振的金属层，在其表面涂覆高纯铟以增强其稳定性。通过Kretschmann四层结构模型对传感器进行理论分析，结果表明，在光纤锥区纤芯模和包层模之间会出现强烈的模式耦合，在覆膜区会激发明显的等离子体共振。对涂覆银膜和高纯铟膜的SPR传感器进行折射率性能测试，在1.4%~3.6%的盐度变化范围内，涂覆银膜和高纯铟膜的SPR传感器灵敏度高达4989.34 nm/RIU，对应的盐度灵敏度为9.1 nm/%，比仅涂覆银膜的SPR传感器灵敏度提高了44%。

提出一种基于离子印迹复合膜马赫-曾德尔干涉仪结构的Cu ²⁺传感器。两段三芯光纤中间熔接一段单模光纤,在两段三芯光纤两端再分别耦合单模光纤,构成三芯-单模-三芯的传感结构。将壳聚糖(CS)和聚乙烯醇(PVA)组成的CS/PVA复合膜、Cu ²⁺印迹复合膜和优化Cu ²⁺印迹复合膜分别涂覆在三芯光纤表面,利用复合膜对于Cu ²⁺的特定吸附引起的三芯光纤包层相对折射率的变化,实现对于Cu ²⁺浓度的精确检测。实验结果表明,随着Cu ²⁺浓度的增加,涂覆CS/PVA复合膜、Cu ²⁺印迹复合膜和优化Cu ²⁺印迹复合膜的光纤传感器透射谱监测波谷分别发生了红移、红移和蓝移。对比分析发现,涂覆优化Cu ²⁺印迹复合膜的传感器对于Cu ²⁺的响应最优,其响应灵敏度为62.258 pm·μmol ^-1·L,检测限约为0.602 μmol·L ^-1,且具有优秀的选择性和良好的pH稳定性。该传感器具有易制备、结构简单等优点,在水质Cu ²⁺的高选择监测方面有潜在的应用价值。

本文提出了一种磁流体包覆的无芯-三芯-无芯光纤结构的磁场传感器。将两段2 mm的无芯光纤熔接在50 mm的三芯光纤两端, 并将此结构插入70 mm长的毛细管中, 通过向毛细管里注射磁流体, 使无芯-三芯-无芯这一结构浸没在磁流体里。无芯光纤用来激发三芯光纤的包层模, 并实现模间干涉。通过测量透射谱波谷波长的漂移或探测透射谱波谷的强度损耗可以实现对磁场强度的检测。实验结果表明: 该传感器在磁场强度为8~16 mT内, 透射谱的特征波长漂移随之线性变化, 在1 606 nm附近的波长漂移灵敏度为68.57 pm/mT; 该波长附近的透射谱强度损耗变化在相同的磁场强度范围内呈现良好的线性度, 对应的强度灵敏度为0.828 7 dB/mT。该传感结构制作简易, 灵敏度高, 成本低廉, 在磁场传感领域中有一定应用价值。

提出一种新的弱耦合三芯锥形光纤结构的应变传感器,该结构两端由薄芯光纤、中间由熔融拉锥三芯光纤构成,形成薄芯-三芯细锥-薄芯的三明治结构。实验研究了三芯长度和锥腰直径长度对传感器的应变与温度特性影响。结果表明:在0~1600 με应变范围内,传感器的干涉光谱随应变增大发生蓝移,当三芯光纤长度为7.4 cm,锥腰直径长度为41.20 μm时,其最大应变灵敏度为-3.47 pm/με,线性拟合度为0.9876;同时对温度传感特性进行探究,在25~60 ℃温度范围内,传感器温度灵敏度为34.52 pm/℃,线性拟合度0.9979。交叉敏感度为9.95 με/℃。该应变传感器具有成本低廉、结构简单、测量范围较大的优点,在工业生产、建筑监测等领域有潜在的应用价值。

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器, 三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯, 在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模, 能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示, 若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽, 则能够达到23nm, 并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用, 并具有极低的串扰。

为了获取三芯光纤复合海底电缆超负荷运行时的温度变化情况，分别建立了三芯海缆陆地段与海底段的有限元模型。通过ANSYSY软件稳态仿真验证了所建模型进行超负荷运行的可行性。将120%、140%、160%、180% 和200%的载流量分别施加到陆地段和海底段海缆模型上，陆地段比海底段先达到海缆最高工作温度90 ℃，并给出了不同负荷运行情况下的应急时间。超负荷值较低时，海底段海缆应急时间大于陆地段应急时间，且应急时间随超负荷值的增大逐渐逼近。该结论为利用光纤传感监测海缆过负荷运行提供了参考。

为了获取三芯光纤复合海底电缆发生接地故障时的电热特性, 利用电热耦合有限元法建立了单相接地故障的有限元模型。在海缆绝缘层建立一个贯穿铜导体与铅合金护套的击穿电阻模拟接地故障, 选用SOLID69、SOLID90单元仿真海缆导体层及非导体层, 采用智能划分和扫掠划分相结合的方式对建立的海缆模型进行网格划分, 通过仿真分析获得故障电流分布和缆体温度分布。结果表明, 海缆在发生接地故障时主要表现为铜导体温度上升, 故障发生后, 填充层内的光单元温度也随之上升, 并可根据光单元温度的最高点对故障进行定位, 为利用分布式光纤传感技术监测海缆的电气故障提供了理论依据。

三芯光纤复合海底电缆(简称为“海缆”)在运输、敷设和运行的过程中经常会产生拉伸的机械行为, 对其进行拉伸建模仿真, 可获得实体试验难以得到的应力、应变等数据。文章通过建立海缆拉伸有限元模型, 模拟了海缆的拉伸过程。首先根据海缆拉伸的力学特点对结构进行简化, 得到三芯海缆的几何模型；然后对其施加约束及速度载荷, 控制沙漏能, 仿真轴向拉伸过程；最后对数据进行有效提取和处理, 获得海缆的应力与应变, 为研究海缆的力学性能、判断海缆工作状态提供了参考。

设计了基于正三角排列三芯光纤的新型波分解复用器，比起基于多芯光子晶体光纤的波分解复用器，该波分解复用器有着容易制作、且易于与常规光纤对接的优点。通过设计使两个非对称平行纤芯在某波长处的传播常数(或有效折射率)匹配，此时两个纤芯就可完全耦合，从而实现滤波。通过选择合适的光纤长度，使得在光纤的输出端，不同波长的光从不同的纤芯端口输出，从而实现波分解复用的功能。利用全矢量光束传播法仿真发现，长度为10.25 mm 的正三角排列三芯光纤可以实现波长为1.31 μm 和1.55 μm 光波的解复用。