本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度，使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰, 峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时，共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模（基模）之间的共振效应所产生的。同样地，通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

为研制高灵敏海水盐度传感器，本文基于CO₂激光技术成功制备出一种工作在色散转折点（DTP）附近的长周期光纤光栅（LPFG）。首先，利用CO₂激光器在80 μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG，证明了采用CO₂激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性。其次，通过调控CO₂激光器的制备周期，使高阶包层模式LP_1,9工作在DTP附近，从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。在双峰谐振增敏效应的作用下，当海水盐度从5.001‰变化到39.996‰时，光栅周期为115.4 μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达0.279 nm/‰。研究结果表明，本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点，其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景。

利用光纤布拉格光栅在触觉传感方面的高灵敏和柔韧性优势，进行了滑触感知和分类训练研究，实现了在线材质识别。通过理论分析，优化光纤光栅封装，搭建了光纤光栅滑触感知平台，并研究其上位机控制方法及材质在线识别分类算法，提取中心波长的均值最大差值、差值、极差特征作为三维特征，应用支持向量机算法进行分类训练。训练结果表明，在5、10、15 cm/s滑移的混合数据集下，对粗布、PLA、砂纸800目的分类准确度达96.6%。相较于其他特征分类法，具有更好的分类能力和适应不同滑移速度的优势。在5~15 cm/s随机滑速的36次（3类材质×3个样品×4次滑移）验证测试中正确识别了34次。研究成果可为智能感知机器人提供一种在线新颖的材质识别方法。

为了同时确定监测结构的位移大小和方向，提出了一种基于光纤光栅组合的大量程、结构简单的机械传感装置。该传感装置以U型不锈钢结构组合光纤光栅为核心传感单元，以杠杆杆件来传递位移，测点位移大小和方向可以通过杠杆杆件两侧的U型不锈钢结构上的光纤光栅波长漂移计算得出。开展了传感装置6组辅助结构（核心传感单元）的标定试验，结果表明所有传感单元均具有较高的线性度，测量范围为0~140 mm，灵敏度为4.362 pm/mm，迟滞性误差为3.25%，重复性误差为6.62%。将传感装置用于室内堆积体边坡模型试验中，研究它们在土体连续滑动变形过程中的监测性能，并与粒子图像测速技术测量的土体位移变化进行比较，两种技术数据上呈现出较好的一致性、吻合度较高，表明所研发的光纤光栅矢量位移测量传感装置能够准确捕获坡面矢量变形，在智能监控领域有广阔的应用前景。

通过优化光纤布拉格光栅形状传感技术中传感点位置和补偿重构结果来提高薄层合金板三维形状重构精度。通过ANSYS workbench建立合金板仿真模型，提取应变和位移模态振型，根据模态置信准则、转换矩阵稳定性和模态振型相似性分别设计了三个目标函数，采用快速和精英机制的多目标遗传算法优化传感器位置。将镍钛合金板弯曲成不同曲率半径的弧形，利用光纤布拉格光栅中心波长漂移量和线性插值算法计算得出不同形状下的结构应变，重构合金板形状，均方根误差和最大误差相较于单目标优化算法分别减小30%和15%。利用粒子群优化径向基函数神经网络算法拟合误差与位移的关系实现误差补偿，均方根误差和最大误差比无补偿时分别减小了90%和70%，最大相对百分比误差仅为5%，提高了三维形状重构算法精度。

光栅干涉仪位移测量系统作为测量领域中最精密的测量仪器之一，由于在测量过程中光栅的姿态位置无法保证完美装配，使得光栅的光栅矢量方向与运动矢量方向之间出现偏差，导致位移测量结果出现周期性非线性误差。文中针对在光栅干涉仪位移测量过程中出现的光栅与位移台以及读数头之间的姿态位置误差进行分析，通过分别建立位移坐标系及光栅坐标系，参考惯性导航领域中飞行器姿态表示方法，利用一维光栅的横滚、俯仰和偏航角共同描述一维光栅相对于位移台的装配状态。通过基于矢量衍射理论分析光栅干涉仪位移测量时三个维度的角度偏差量，对可能产生的位移测量误差进行了分析说明。基于广义一维光栅方程，探究出了一个更为普遍的结论，为后续装置的改进提供理论依据，以提高系统的测量精度。

为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器，提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度，与一体化设计对比，分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活，缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真，优化传感器结构参数，最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm，质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明：该传感器的工作频段为0~1 200 Hz，在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz，三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g，横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求，在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。