利用平面波展开法对由硅(Si)介质柱构成的二维正方晶格光子晶体在TM模式下的能带进行计算。构造了光子晶体微腔,利用时域有限差分法对该光子晶体微腔的谐振特性进行了数值模拟,得到了缺陷态模场分布。考虑硅的热膨胀效应和热光效应对硅性质的影响,引入到光子晶体微腔谐振模式的计算中,模拟计算了微腔谐振波长随温度的变化关系。结果表明,随着温度的升高光子晶体微腔的谐振波长增大,温度每升高1 ℃,波长向长波漂移6.7 pm,而且具有良好的线性。光子晶体微腔的这种特性可以用于温度传感,具有一定的实用意义。

提出一种在光子晶体十字波导中加入点阵缺陷的特殊结构波导。采用时域有限差分法(FDTD)对该结构的导波特性进行数值模拟, 计算结果表明：含缺陷结构的光子晶体波导的透射光谱较不含缺陷结构光子晶体波导的透射光谱带宽变得更窄, 此结构具有窄带滤波作用。当改变波导中缺陷结构折射率取值时, 该波导透射光的中心频率随缺陷介质折射率的增大而线性减小。改变中心缺陷介质柱直径时, 该波导透射光波中心频率随介质柱直径的增大也呈逐渐减小趋势。这种光子晶体十字波导可作为一种窄带滤波器、分光器和可调式选频器等器件, 具有一定的应用前景。

将乙炔(C2H2)气体的吸收光谱作为标准波长参考,对可调谐光纤法布里-珀罗滤波器进行波长实时定标,使解调系统的测量精度提高到1 pm。根据可调谐光纤法布里-珀罗滤波器谐振波长的周期性,提出了大波长范围的波长定标方法,从而可以在1525～1615 nm的范围内对可调谐光纤法布里-珀罗进行精确定标,实现了高精度大波长范围的信号探测。相比于传统的以光纤光栅作为波长参考的定标方法,该方法的测量精度、测量范围、系统运行可靠性都大为改善。

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求，对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0．052nm／℃和0．8208nm／MPa，分别为裸光栅的5倍和273倍，且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验，测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好，该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。

采用双程前向结构,在一根高浓度掺铒光纤中实现了功率高达13.13mW(11.18dBm)、平均波长为1578.53nm的L波段高功率超荧光输出,在1570nm～1620nm间的功率高于9.38mW.可满足分布式光纤光栅传感、DWDM等由C波段向L波段扩展的带宽及功率需求,同时与C波段光匹配后,可得到功率高于20mW的C+L波段宽带高功率光输出.其中采用普通耦合器制作的光纤圈反射器,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,同时分析了光源的输出功率、平均波长、稳定性等随光纤长度、抽运功率的变化特征,对于光源的应用设计提供参考.

研究并设计了一种用3 dB宽带耦合器制作的光纤环形镜作为反射镜的双级双程单管抽运高平坦度高功率C+L波段ASE光源.用2个980 nm激光二极管调试两级抽运光功率的分配,两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化光纤长度,获得了功率高达15.28 mW(11.84 dB/m)的C+L波段ASE光输出,平均波长为1 559.31 nm,在未采用任何外加滤波器的情况下,其平坦区域3 dB带宽66.72 nm(从1 533.12 nm至1 599.84 nm).之后采用一个激光二极管实现两级双向同时抽运得到了同样的效果.通过光纤环形镜的使用,不仅提高了抽运源利用效率,且改善了光源的平坦度,在实验过程中,在平坦度相度相对要差一些的条件下,还通过调整两级抽运光的功率及分配比例得到了功率达到30.11 mW的C+L 波段ASE输出.

分析了刚性纳米粒子改性聚合物的原理,重点分析了nmSiO₂/硅氧烷(硅橡胶)复合材料的改性机理.采用120号溶剂性汽油为分散剂,通过共混法制得nmSiO₂-乙烯基硅氧烷、含氢硅氧烷硫化而成的复合材料.用AJ-Ⅲa型原子力显微镜分析研究了该材料的组团结构并测试了其力学性能.结果表明,硅氧烷橡胶改性后,材料的弹性模量增加了15.4%;拉伸强度增加了19.4%;扯断伸长率增加了30%.用改性后的硅氧烷聚合物材料封装光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器,可有效改善封装材料与光纤光栅的耦联性能;通过粒子含量控制可以增韧增强硅氧烷,从而可制作变量程压力传感器,同时可以延长传感器的使用寿命.

研究了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构。利用双光纤布拉格光栅(FBG)产生双反射峰,对压力和温度进行了同时区分测量。在压力为0～20 MPa、温度为20～150 ℃的范围内,布拉格反射波长对应压力与温度的变化均呈现良好的线性响应特性,响应灵敏度分别为0.089 nm/MPa和0.024 nm/℃。压力与温度双参量系数矩阵的实验拟合值与理论计算值之差仅占理论计算值的1.8%。该方法与标准测量方法比较,压力的准确度为0.47%;温度的准确度为0.74%。该方法还较好地削减了压力与温度交叉敏感的影响,按压力与温度测量的最大量限计算,温度对压力交叉影响的误差仅为0.16%。

提高光纤布拉格(Bragg)光栅传感器响应灵敏度是提高光纤布拉格光栅传感系统检测精度的有效途径之一。基于弹性聚合物材料封装和金属波纹管封装对光纤布拉格光栅应力响应的增敏作用,提出了一种新颖的应力响应增敏的高灵敏度光纤布拉格光栅压强传感器模型。推导了该传感器的压强与布拉格波长相对偏移量之间的关系,给出了该传感器压强响应灵敏度系数的解析表达式。表明该传感器布拉格波长相对偏移量和压强之间具有良好的线性关系,同时也指出通过适当选择弹性体的弹性模量、波纹管弹性系数等特性参数,以及它们的尺寸,就可以方便地调整该传感器的压强响应灵敏度系数。该传感器压强响应灵敏度系数实验值高达-4.35×10-9 Pa-1(-6.74 nm/MPa),是裸光纤光栅压强响应灵敏度系数的2197倍,理论值为-4.6×10-9 Pa-1,实验值与理论值吻合得很好。

阐述光纤布拉格光栅温度应力传感器 的工作原理及光栅中心波长的移动探测解调原理,分析光纤布拉格光栅传感器在油气管道 监测系统中的应用和前景。