为提高热线式光纤风速计的性能, 在金属膜光纤布喇格光栅(FBG)热线式光纤风速计的基础上, 通过减小FBG的包层厚度, 使风速计的FBG包层直径从125 μm减小到71.6 μm, 并将这种薄包层FBG热线式光纤风速计与FBG常规风速计进行对比实验。结果表明: 薄包层FBG热线式光纤风速计的初始温度提高了43.4％; 风速测量的灵敏度显著提高了61.2％; 受使用的风洞限制, 风速最大测试范围为20 m/s。

基于薄膜参量变化引起的长周期光纤光栅模式重组机制, 系统研究了光纤包层半径变化对长周期光纤光栅薄膜传感器特性的影响.结果表明, 在相同薄膜参量下包层半径的减小可有效提高传感器的灵敏度, 并增大传感器对薄膜参量变化响应的动态范围, 但减小包层半径对传感器的增敏效应随薄膜厚度的增大而减小.通过氢氟酸腐蚀减小包层半径, 采用静电自组装法在包层表面镀制PAH/PAA薄膜, 镀膜过程中光纤光栅输出的光谱数据证实了理论分析结果.实验结果表明: 半径为39 μm、膜厚为424 nm的长周期光纤光栅薄膜传感器在溶液pH值检测中的灵敏度达3.93 nm/pHU, 比标准包层时的灵敏度提高了1倍.

基于耦合模理论, 首先研究了镀膜长周期光纤光栅(LPFG)高阶包层模的模式转换, 划分了高阶包层模的非模式转换区及模式转换区。 分析了高阶包层模有效折射率随薄膜厚度增加的响应特性, 包层模谐振波长在模式转换区的偏移量要大于非模式转换区。 在此基础上, 研究了不同包层半径下高阶包层模谐振波长随光栅周期的变化情况, 结果表明, 相同包层半径下模式转换区内双峰间距的偏移量大于非模式转换区;无论在模式转换区还是非模式转换区, 包层半径的减小将增加双峰间距的偏移量。 最后分析了不同包层半径下的高阶包层模双峰透射谱在模式转换区及非模式转换区内的折射率响应, 进而提出了薄包层镀膜LPFG的优化设计方案, 当选定敏感膜层厚度及折射率处于镀膜LPFG的模式转换区内, 光栅周期靠近相位匹配转折点时, 将得到灵敏度高于传统LPFG双峰传感器的镀膜LPFG折射率型双峰传感器;而减小包层半径, 将进一步提高传感器的分辨本领。

仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别，并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明，对两层、三层介质模型的纤芯模，尤其对薄包层光纤有效折射率有较大差别；用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差，需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确计算。据此计算了上述3种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数的关系。为长周期光纤光栅传感器的分析设计提供了指导。

为了提高啁啾长周期光纤光栅(LPFG)光纤通信的色散补偿能力, 提出了利用薄包层啁啾LPFG进行色散补偿的方法。首先介绍了根据传输信号确定啁啾LPFG的啁啾系数、光栅长度等参数的方法。然后利用上述方法设计了对光纤中传输的中心波长为1550 nm, 带宽为0.2 nm的信号进行色散补偿的薄包层啁啾LPFG。利用耦合模理论及传输矩阵法计算了约1 m长的此种啁啾LPFG的色散, 结果表明可以补偿该光信号通过46 km光纤所产生的色散。进一步分析了切趾函数、啁啾系数、交叉耦合系数等参数对薄包层啁啾LPFG色散的影响。