针对传统波长位移检测准确度受波长扫描步长限制而无法提升的问题，本文提出一种基于互谱相关原理的粗位移计测与精细位移相结合的计测方法.粗位移计测技术采用相关检测原理，可实现宽动态测量范围;精细位移计测技术采用互谱检测原理，可实现高准确度测量;两者的结合实现了动态范围和检测准确度的同步提升.该方法实现了对光纤光栅的波长位移量的直接计测，而无需对光纤光栅中心波长绝对数值进行标定，减小了系统误差影响;同时采用平滑滤波法进行数据处理，消除了检测系统中的随机干扰.系统仿真结果表明，该方法解决了波长扫描步长对检测准确度的限制问题，波长位移计测准确度提升了三个数量级.采用新方法进行了0~60 g范围内光纤光栅纵向荷载测量实验，测得纵向荷载灵敏度为13.2 pm/g，表明该方法对实测数据具有较好的适用性.

理论分析了保偏光纤双折射效应，应用有限元法建立了保偏光纤的三维模型，得到了其横截面上的应力分布及归一化的双折射参数。选择3种全光纤构成的纯光学系统进行对比拍长测试实验，实验结果和理论模型计算结果十分吻合，并对比研究了几种测试方法的优缺点。选定一种光路结构简单有效的双折射测试系统，对高双折射光子晶体光纤进行测试，测得了其归一化的双折射参数，并计算得其拍长约为1.2 mm。研究结果对不同复杂结构保偏光纤的建模理论分析和拍长性能测试及高双折射光子晶体光纤设计制作后的性能测试有一定的实用价值。

采用有限元法建立了熊猫光纤光栅的压力传感模型, 分析了压力变化所导致的内部应力分布。结果表明, 熊猫光纤光栅双峰间距随着压力增加而增大, 其快轴方向的压力灵敏度系数为-4.08 pm/MPa, 其绝对值大于慢轴方向-3.5 pm/MPa。理论分析和实验测量了几何结构对压力传感特性的影响规律, 结果表明, 熊猫光纤光栅压力灵敏度系数与猫眼半径距离比的平方成线性关系。对比实验结果表明, 无法通过测量熊猫光纤光栅双峰间距的方案实现对温度不敏感的压力传感测量。

采用有限元法建立了熊猫光纤光栅的温度传感模型,研究了熊猫光纤温度变化时的内部应力分布,分析了几何结构变化对熊猫光纤光栅的温度传感特性的影响规律.理论分析和实验结果均表明:熊猫光纤光栅两偏振反射峰和双峰间距的温度灵敏度系数,都与猫眼半径和猫眼距离比值的平方(r/d)2成线性比例关系,其快轴方向的温度响应能力大于慢轴方向.

提出了一种新型的光纤光栅压力增敏封装技术——边孔封装技术,它通过改变封装体的几何结构实现了高倍数的压力增敏效果,较大程度减小了压力增敏倍数对聚合物材料参量的依赖性。采用有限元理论建立了边孔封装结构的压力传感模型,分析了封装体几何结构变化对封装后压力灵敏度的影响。采用聚合物材料进行了封装制作实验,测量结果表明封装后光纤光栅的压力灵敏度为5251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,并将交叉敏感问题改善了近三个数量级,可满足高精度水下压力测量的应用要求。

光纤光栅耦合器(FGC)具有光纤光栅良好的波长选择特性和光纤耦合器的多端口特点，易于实现全光纤的光波分插复用。光纤光栅耦合器主要有4种结构：基于M－Z干涉仪的分离型、基于100%耦合器的非对称型、基于0耦合器的非对称型和基于100%耦合器的对称型。着重介绍对称结构光纤光栅耦合器的结构、工作原理和研究现状。提出了测试方案，并探讨了这种器件在大规模波分复用光纤传感器阵列中的应用。

报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。

采用保偏光纤耦合器和偏振器搭建了马赫-曾德尔型光纤干涉仪.在传感臂中接入铽镝铁材料被覆保偏光纤结构的光纤磁传感探头,在参考臂中接入保偏光纤PZT相位调制器进行工作点控制,得到了全保偏结构的光纤直流磁传感系统.该系统抑制了偏振诱导的信号衰落,实现了稳定的直流磁场信号检测.实验得到了系统对0.75mT～60mT的外加直流磁场响应特性,结果表明,该直流磁场传感系统的线性度达到了0.997,最小可检测的直流磁场达到3.4×10-6T.

采用高相干窄带光源的光纤水听器时分复用(TDM)阵列中,信号光与其余通道的泄漏光之间不是简单的强度叠加,而是互相干涉.以此为基础,推导了8路TDM阵列中各通道光束相互作用的理论公式,得到了光开关的消光比是决定系统串扰的主要因素,最大串扰值约为消光比的一半的结论.信号解调采用相位载波解调(PGC),由于串扰频率分布广且远高于信号频率,提出了采样前先低通滤波的信号检测方案,该方案可滤除串扰高频成分,大大减小串扰频率混叠对PGC解调的影响.

采用980 nm抽运的掺铒光纤放大器(EDFA)中存在上转换发光效应。能级分析和光谱扫描结果表明上转换辐射光为绿色荧光,波长为538 nm和514 nm,其产生机理为铒离子的激发态吸收效应(ESA)。从理论和实验两方面分析了抽运功率和信号功率这两个放大参量对上转换绿色荧光的影响,结果表明,存在一个特殊抽运功率值,当抽运功率小于该值时,上转换绿色荧光的抽运效率随抽运功率的增加而快速增大;抽运功率大于该值时,上转换绿色荧光的抽运效率变化缓慢,基本保持稳定。掺铒光纤放大器工作在线性放大状态下,输入信号的有无和功率大小对绿色荧光影响很小;掺铒光纤放大器工作在饱和状态下,绿色荧光功率随输入信号功率增加而增加。