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。

本文提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）效应的温湿度传感器，利用包层腐蚀将纤芯光耦合进包层，并在光纤外侧涂覆二甲基硅氧烷（PDMS）和聚乙烯醇（PVA），以实现环境温度和相对湿度双参量测量。实验结果表明：所提出的传感器具有良好的温湿度响应特性，在20~70 ℃温度范围内的平均灵敏度达到-2.01 nm/℃，在30%~78%相对湿度范围内的平均灵敏度达到-4.36 nm/%。该传感器具有灵敏度高、稳定性好、交叉敏感性低等优点，可以广泛应用于温湿度传感领域。

星载红外高光谱垂直探测仪GIIRS （Geostationary Interferometric Infrared Sounder）能够实现大气温度和湿度参数高垂直分辨率的观测，为数值天气预报提供精度更高的初始场。基于GIIRS观测辐射值采用BP神经网络（Back Propagation Neural Network）法和深度学习的卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）法反演大气温度、湿度垂直廓线，重点在于CNN法模型的构建与参数的优化，得到反演精度最高的网络模型配置。将训练样本根据不同地表类型和是否有云的影响分为三种方案（方案一：不分类、方案二：陆地/洋面分类、方案三：晴空/有云分类），分别进行建模、反演和检验。结果表明两种反演算法都有较好的反演精度，相对而言CNN法在所有高度层上反演偏差、均方根误差和平均相对误差均较小，反演精度更高。CNN法温度反演在高层10~200 hPa改进较大，三种分类方案改进的最大值分别为1.15 K、1.06 K和1.02 K；湿度反演在对流层低层500~1000 hPa改进较大，三种分类方案分别平均改进了0.43 g/kg、0.41 g/kg和0.34 g/kg。BP神经网络法方案三时（即分晴空和云时）温度和水汽混合比廓线反演精度最好；CNN算法方案一时（即不对样本数据进行任何分类）反演精度最高。

相比传统监测手段，光纤传感器具有灵敏度高、本质绝缘性高、抗电磁干扰能力强等优势，但基于光纤布拉格光栅的湿度传感器易受温度和应力影响，存在湿度测量误差大、稳定性差等问题。针对这些问题，提出了一种单光栅半涂覆温湿度传感器的制备方法。首先，在光栅的一半栅区上涂覆湿敏材料，另外一半栅区为裸光栅。然后，对裸光栅的反射光谱峰值曲线进行高斯拟合，建立环境温度与中心波长λ的函数关系。最后，分析了光栅反射光谱曲线和峰值功率围成的面积S与不同环境湿度的关系，建立面积S与环境相对湿度的函数模型，并采用温湿度发生器对传感器进行测试。实验结果表明，在10%RH~90%RH（%RH为相对湿度）范围内，该传感器具有较好的重复性，湿度监测灵敏度为2.95/%RH，响应时间为6.6 min，满足仓储等行业对温湿度的监测需求，为相关领域的温湿度监测提供了一种新的解决方案。

设计一种由锥形无芯光纤级联光纤布拉格光栅组成的温湿度传感器，并在锥区采用静电纺丝的方式制备一层聚乙烯醇/羧甲基纤维素的复合纳米纤维膜。湿度的变化可以改变纳米纤维膜的有效折射率和厚度，从而影响光纤中光的传输损耗，进而使输出光谱功率发生变化，温度的波动会引起光纤光栅中心波长的漂移，通过监测输出光谱波峰功率和中心波长的变化量即可实现温湿度传感。对所设计的传感器进行温湿度响应测试，传感器的相对湿度灵敏度为0.0198 dB/%，相对温度灵敏度为11.730 pm/℃。结果表明静电纺丝法是一种制备光纤传感器表面湿度敏感涂层的有效方法。

地物光谱仪在遥感领域的应用日益重要, 可用于研究不同地物条件下可见和红外的光谱辐射特性, 从而获得地表的光谱辐射亮度、 光谱辐射照度或方向反射因子等信息。 地物光谱特性的准确测量是光学遥感定量分析的基础, 对于航天传感器定标、 遥感数据反演等具有极其重要的意义。 地物光谱仪在测量前必须进行光谱辐射定标, 一方面定标过程中地物光谱仪的光谱响应特性可能发生漂移, 另一方面测量时的环境与定标环境可能差异较大, 都会影响测量的准确性。 在恒温恒湿条件下, 实验采用谱线灯光源和积分球光源考察了地物光谱仪波长和光谱响应度随探测器温度的变化。 数据显示当光谱仪内部硅阵列探测器温度上升时, 波长位置并未发生改变; 而光谱仪的光谱响应度随着温度上升明显增大。 当硅探测器温度从28.3 ℃升至35.2 ℃时, 光谱仪在380～990 nm的光谱响应度变化达到1.8%～7.3%; 同时近红外1 000～1 800 nm的平均变化约3.0%, 2 000～2 500 nm的变化约1.9%。 当改变环境温度和湿度时, 测量数据表明湿度影响主要在大气中水分子的吸收峰附近波长, 对其他波长影响很小; 光谱仪光谱响应度与内部探测器的温度近似存在一一对应关系, 环境温度的影响可以近似根据内部探测器温度变化予以表征。 理论上当环境条件改变时, 根据光谱响应度随温度的变化和探测器的监测温度, 可以进行光谱数据修正。 最后, 实验测量了一组探测器温度下对应的光谱响应度, 采用多项式拟合和最小二乘法建立了地物光谱仪光谱响应度与温度的函数关系。 根据函数关系插值得到的光谱响应度修正因子和直接测量得到的数据基本一致, 全谱段的差异几乎都小于0.2%, 表明光谱响应度与温度的对应关系可用于解决不同环境条件下的测量准确性。

对基于微锥的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构进行了理论和实验研究。与传统没有经过侧边抛磨的光纤MZI相比,可以看出控制光纤侧抛深度可以有效地提高MZI结构的折射率传感性能。研究结果表明:侧抛深度达41.7 μm时,折射率在1.34附近的传感灵敏度达-117.145 nm/RIU。利用侧抛光纤MZI结构结合亲水性材料氧化石墨烯(GO),通过将其沉积在侧抛光纤MZI表面,实现了对温度和湿度双参量的同时测量。温度和相对湿度(RH)的传感灵敏度分别达131.77 pm/℃和-76.1 pm/%RH。所提侧抛光纤MZI传感器结构具有灵敏度高、低成本和制备简单等优点,在生物化学传感领域具有广泛的应用前景。

大气温湿度廓线是大气热力状态分析、大气发展变化研究、天气过程预警和数值天气预报中关键的基本气象参数。基于红外光谱的 大气温湿度反演方法研究从上世纪60年代开始发展,根据观测位置不同分为地基红外反演方法和天基红外反演方法。总结了红外光谱反 演大气温湿度方法的基本类型,介绍了地基、天基红外探测的大气温湿度廓线反演方法的发展历程,对地基-天基红外探测联合反演大 气温湿度方法进行了分析。最后对基于红外光谱的大气温湿度廓线反演技术在气象中的应用和发展趋势进行了简要的论述。