为了稳定准确地检测甲醇蒸汽浓度, 该文提出了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的光纤Bragg光栅(FBG)甲醇传感器。首先使用氢氟酸腐蚀部分包层, 在栅区表面涂覆一层PMMA薄膜;然后构建测量系统, 建立了传感器检测甲醇蒸汽的理论模型;最后引入温度补偿单元, 消除温度对甲醇蒸汽浓度测量产生的影响。实验研究了PMMA薄膜厚度和温湿度对传感器灵敏度的影响, 测试了传感器的响应时间、选择敏感性和检测下限。研究结果表明, 在甲醇质量浓度为20~160 mg/L时, 传感器的中心波长漂移与浓度间具有线性关系(线性系数R2=0.992)。在温度20~40 ℃, 相对湿度40%~80%时, 传感器能够准确检测甲醇蒸汽浓度的变化, 其灵敏度为0.292 pm/(mg·L-1), 相对误差为9.3%, 检测下限为20 mg/L。

基于飞秒激光刻写技术和侧面泵浦耦合技术，实现了主光路无熔接点的千瓦级一体化全光纤激光振荡器。采用飞秒激光与相位模板结合的刻写方法，在大模场双包层掺镱光纤上制备了一对光纤光栅，构成激光谐振腔，并采用拉锥-熔合法在同一根增益光纤上制备了两个侧面泵浦耦合器。以中心波长为976 nm的半导体激光器为泵浦源，获得了最大功率为1052 W、中心波长为1070 nm的激光输出，光光转换效率约为73%，光束质量因子M²约为1.8。演示了一种紧凑稳定的一体化光纤激光振荡器系统，并验证了其在实现高功率、高光束质量激光输出方面的潜力，其对高功率光纤激光技术的发展与应用具有重要的价值。

针对光纤Bragg光栅（FBG）解调系统中FBG反射谱因包含高斯白噪声、工频噪声而导致解调误差大、解调系统稳定性差的问题，提出一种基于高斯差分（DoG）的FBG峰值检测算法。利用该算法对包含大量噪声的FBG反射谱信号进行峰值检测，平均误差为4 pm，标准差为4.2 pm，相比其他传统算法误差最小。实验结果表明，DoG算法稳定性高，解调误差小，能够明显地降低噪声对FBG反射谱的影响，提高了FBG解调系统的解调精度。

为了实现高温高湿环境下氢气浓度稳定准确的检测,提出了一种新的光纤布拉格光栅(FBG)氢气传感器制作方法。首先,在FBG表面自聚合组装聚多巴胺涂层,并将组装成的涂层用于吸附氯化钯溶液中的钯离子、形成钯核,以增强钯核在光纤表面的黏附强度。其次,利用还原剂为钯离子提供还原位点,将钯核生长为致密的钯膜。再次,在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水薄膜,以增强光纤在高湿环境下运行的稳定性。最后,引入温度补偿单元,消除温度对氢浓度测量产生的影响。实验研究了聚多巴胺厚度、还原剂种类、钯膜厚度和温湿度对传感器氢敏响应特性的影响。研究发现,在温度为30~70 ℃、相对湿度为20%~90%的范围内,传感器能稳定准确地响应氢气浓度的变化,灵敏度达10.80 pm/%、相对误差小于7.2%。

提出的一种由掺铒光纤动态光栅和光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔。通过建立二能级掺铒光纤动态光栅模型,根据半经典相互作用理论和传输矩阵理论,计算出掺铒光纤动态光栅以及该Fabry-Perot腔的透过率和反射率,并分析动态光栅中相干探测场拉比频率、掺铒光纤长度、光纤Bragg光栅的折射率调制深度以及Fabry-Perot腔的腔长等参数改变时对动态光栅和Fabry-Perot腔反射谱的影响。该Fabry-Perot腔的一个重要性质是其输出光谱可以通过调节探测场的拉比频率、探测场波长等参数进行动态调制。相比于由两个光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔,参数可调的系统比参数固定的系统更加灵活,并且能够克服Fabry-Perot腔两端的光纤Bragg光栅不对称的缺点(如不同的Bragg波长、折射率调制深度等),更有利于Fabry-Perot腔的模式选择。该光纤Fabry-Perot腔可以应用于光纤通信的光信号处理或光纤传感领域。

设计一种融入3D打印技术, 实现在高电压、强电磁场环境下检测振动信号的全绝缘多简支梁光纤Bragg光栅振动传感器。通过3D打印机制作而成, 由粘贴于简支梁的光纤Bragg光栅受质量块驱动而产生应变, 通过解调光栅波长变化量实现对振动信号的检测; 有限元分析振动传感器谐振频率为232.47Hz, 应变灵敏度为5.826με·g-1时, 加速度灵敏度为6.991pm·g-1, 表明了传感器理论上的测量带宽及传感器对检测信号的反应程度良好。实验结果表明: 传感器谐振频率为240Hz, 加速度灵敏度为6.270pm·g-1, 线性度为3.3%, 表明了传感器实际的测量带宽及传感器对检测信号的反应程度; 材料选用全绝缘的尼龙材料, 具有良好的绝缘性。

本文提出将两个纤维增强复合材料(FRP)封装的光纤光栅(FBG)安装于角钢梁的两个面上，用来实现对角钢梁位移大小和方向的测量，实现对角钢结构的健康检测。本文将传感器分别安装在角钢梁不同面上的各个位置，通过有限元分析模拟了角钢梁结构的位移和传感器应变传递的关系，对传感器的安装位置进行优化设计，并进行了实验验证。仿真模拟和实验结果表明，传感器安装在合理位置能够实现角钢梁一端位移的大小测量和方向判别。研究结果对于利用光纤传感器实现对角钢构成的结构如桥梁、电塔、吊车等的健康监测提供了基础研究。

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器, 进行了结构理论分析, 并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统, 并通过增加反馈控制电路, 对F-P滤波器进行反馈控制, 实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试, 结果表明: 系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应, 系统的固有频率为380.0 Hz, 动态响应范围可达65.6 dB, 频率响应范围为10.0 ~240.0 Hz, 灵敏度为236 pm/g, 所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力, 干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。

实现光纤Bragg光栅倾角传感器的静态的测试和性能分析。设计了一种量程为5°的倾角传感器标定装置, 对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长差和标定装置产生的倾角值进行最小二乘法拟合, 求出静态标定系数, 并对倾角传感器标定装置的不同不确定度分量进行分析以求出合成不确定度。实验结果表明, 光纤传感器的灵敏度为0.17343nm/(°), 线性度为99.993%, 重复性误差为0.0552%, 标定装置的合成不确定度为8.606×10-2°。

为了讨论三腔镜近似或耦合腔近似两种等效腔模型对计算光纤光栅外腔半导体激光器等效反射率等参量的近似程度, 挑选出最优的理论模型, 采用数值计算的方法进行模拟仿真, 得到了两种模型在采用切趾光纤Bragg光栅和非切趾光纤Bragg光栅情况下的阈值增益等特性曲线。结果表明, 在采用切趾光纤Bragg光栅, 特别是切趾深度较大的情况下, 采用三腔镜近似模型更加符合实际情况。此研究结果对分析和设计单纵模光纤光栅外腔半导体激光器具有一定的参考价值。