介绍了一种特殊设计的少模光纤及由少模光纤构成的单模光纤-少模光纤-单模光纤(SFS)传感结构。在对轴激发条件下,少模光纤芯子中仅有基模LP₀₁和第一圆对称高阶模LP₀₂传输,且SFS结构的传输光谱在工作波长范围内有一个特征波长。在特征波长附近相邻两个干涉峰间的波长间距达到最大,且在特征波长处干涉仪的输出光强不随波长变化,这使得特征波长在光谱中唯一且容易识别。理论和实验研究了SFS结构传输光谱的特征波长及其两边干涉条纹随轴向应变、温度、弯曲、液体折射率的传感特性,并将SFS结构用于轴向应变、温度、弯曲、位移、外界折射率和相对湿度的大范围、高灵敏度、多参量同时检测,为解决常规干涉仪存在的测量范围小、输出多值性等问题提供解决方案。

把光纤布拉格光栅(FBG)的有效折射率、周期用二元函数泰勒展开,理论验证FBG温度-应变和应变-温度交叉敏感方式相同,得出热光系数和弹光系数均与有效折射率平方成正比例关系的结论;列出温度、应变测量计算方程式,并阐述了计算方法。测试温度、应变同时存在时FBG的波长,可知温度-应变和应变-温度交叉灵敏度系数分别为-1.4743×10 ^-6 nm/(℃·με)、-1.3948×10 ^-6 nm/(με·℃)。把FBG静力水准仪放置于露天阳台上监测一天内波长变化,代入方程式计算,得到较为精确的水准仪液体深度变化解。结果表明,使用温度、应变计算方程式求解,能够提高FBG的测量精度。

提出了一种新型的基于非均匀光纤布拉格光栅（FBG）精细谱和边沿解调的应变灵敏度增强型传感器。理论研究了在轴向非均匀应变情况下普通FBG的传输谱以及基于传输谱精细结构的应变响应特性。仿真结果表明，将均匀应变转为非均匀应变的新型传感器对应变的灵敏度为普通FBG的4.6倍。在实验上设计制作了这种可将被测物体的均匀应变转换为FBG的非均匀应变以提高应变灵敏度的传感器结构。实验测量结果证明了理论分析的可行性。这种传感器在采用窄线宽激光器的FBG边沿解调方案中具有提高动态应变响应灵敏度以及增大应变测量范围的作用，同时，由于其长度可小型化，在检测高频动态应变信号方面也有较大的应用前景。

光纤布拉格光栅(FBG)用于微弱振动检测时，当被测振动太微弱时系统输出传感信号的信噪比小于1，从时域采集的数据很难直接测得到信号的幅度和频率信息。提出一种信号处理方法，即将传感器在时域测量获得的连续数据分段后，对每段数据分别进行快速傅里叶变换获得其对应的功率谱信号，然后将频域信号做叠加平均得到新的数据。实验结果表明，采用这种频域叠加平均的方法处理后，FBG传感信号在频域内的信噪比提高了15.6 dB，明显提升了微弱信号的检测能力。初步实验表明: 该系统对FBG波长变化的检测灵敏度可提高到1.5 fm。该信号处理方法特别适合噪声环境恶劣、被测信号以一定频率持续存在的工程应用领域，对实际环境下微小振动的识别与检测具有较大的意义。

研究和分析了光纤芯区径向折射率分布对大芯径光纤基模的功率传输特性(主要包括最大功率密度和等效模面积这两个参数)的影响。采用一种可适用于多种光纤实际折射率分布的独特数学表达式，研究了折射率分布形状变化时大芯径光纤基模在横截面内功率密度分布与等效模面积的变化，并将结果与阶跃型折射率光纤进行对比。计算结果表明，在传输功率相同、光纤基模与高阶模等效折射率差大于10-4的前提下，折射率在芯区中心有一定凹陷的分布可以有效降低横截面内基模功率密度的最大值，增大基模的等效模面积。这一研究为设计和制作可以传输更大功率的大芯径的无源和有源单模光纤提供了理论基础。

提出了一种新的光纤多防区周界传感系统，采用波分复用技术实现了监控防区和通道的扩展。该系统对传统采用单根传感光纤和反射镜的结构作了改进，并扩展了传感光纤的数量，将多根传感光纤分别置于监控领域内的不同防区，每个防区分别用不同中心波长的光纤布拉格光栅作为反射装置，使每根传感光纤工作在不同的波长。利用波分复用器件与技术，多根传感光纤共用一套干涉系统，实现了多个干涉子系统同时、独立的监测。实验结果表明，该系统可以实现多个分散防区同时、独立的入侵检测和定位，信号响应时间小于1 ms，不同防区间信号的串扰小于-20 dB。

对现有强度调制型光纤麦克风做了分析和讨论，采用单模光纤(SMF)熔接多模光纤(MMF)的方法设计了一种新的反射式光纤麦克风。适当长度的折射率分布为抛物线形的多模光纤具有准直透镜的作用，直接熔接在单模光纤上，可以使光纤麦克风进一步微型化、成本低廉化。用单频正弦波信号做声源测试该光纤麦克风，输出正弦波电压信号与声源频率一致，振幅随声源振幅线性变化。结果表明，该结构的光纤麦克风在原理和实验上可以用于语音通信中。

针对低频周期振动光纤传感的应用，通过光纤光栅的周期调谐，构建了环形腔结构的低频周期扫频光纤激光器。以光纤光栅珐布里珀罗腔为梳状滤波器，利用光学倍频法设计了光源扫频周期的测量系统。实验产生了7.2 Hz的周期扫频激光输出，通过测量系统得到了14.39 Hz的倍频电信号。实验结果表明该系统可有效地模拟低频光源周期扫频，并进行扫频频率的准确测量。

在光纤气体传感系统中，为提高检测的灵敏度，需要采取措施抑制系统的各类噪声。通过设计低噪声的前置放大器和光源驱动电路可有效地降低系统的噪声；但对于因光路变化和光在传输过程中偏振态发生变化引起的背景噪声的处理一直是光纤气体传感系统测量灵敏度提高的难点。提出一种基于最小二乘拟合的背景噪声滤除算法。利用参考光栅和法布里珀罗标准具实现对输出信号的光谱重建。在此基础上，利用气体特征吸收峰两边的输出拟合整个输出曲线。将系统的输出与拟合曲线相除，实现系统输出的归一化，有效地滤除了系统的背景噪声，避免了当传感系统背景噪声发生变化时，需要重新采集背景气的繁琐工作，为测量带来方便。