为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性，采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟，分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明，在不考虑高阶色散的情况下，当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时，获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲; 考虑高阶色散时，脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象，且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲; 当3阶色散系数小于0.001 ps3/km时，利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。

对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上，基于密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响，结果表明，温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩，从而增强其磁致折变效应。实验上，基于磁致折变效应，以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂，研制了磁场传感器，结果表明，干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移，传感器的磁场灵敏度随之增加，16.7 ℃和43.5 ℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63 pm/mT和25.53 pm/mT，温度变化会影响磁场的测量精度。

介绍了一种基于纤芯失配与错位熔接的光纤Mach-Zehnder干涉仪,实现了折射率-温度双参量传感。将带有凸锥结构的多模光纤段与错位熔接接头作为两个耦合单元,其中凸锥结构增加了包层模式能量,提高了传感器透射谱对比度。改变外界环境折射率和温度,通过监测透射谱中两个波谷的特征波长漂移量,建立传感矩阵。实验结果表明,在折射率为1.3449~1.3797、温度为25~65 ℃的范围内,折射率和温度灵敏度分别为-25.682 nm/RIU(RIU为单位折射率)和0.073 nm/℃。本传感器具有制作简单、成本低等特点,在温度、折射率等多参数检测方面具有应用前景。

提出了一种DFB激光器传感信号解调方案。该方案以非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪为基本解调元件, 将DFB激光器波长的变化转换为干涉仪输出光强的变化, 并通过对干涉仪输出特性的分析, 设计了解调电路系统和偏振控制系统。解调电路系统在干涉仪可见度不为“0”的前提下, 输出信号不受可见度变化影响；偏振控制系统通过控制干涉仪输入光偏振态, 确保可见度远离“0”。该方案避免了干涉仪可见度波动对解调信号的影响, 获得对传感信号的线性输出。

分析了光纤Mach-Zehnder干涉仪作为鉴频器的多普勒激光雷达风速探测灵敏度及动态范围与光程差的关系.当光纤Mach-Zehnder干涉仪光程差从0.1 m变化到1.5 m时, 对应风速探测范围从±199.5 m/s变化到±13.3 m/s.光程差为0.45 m时, 风速变化1 m/s对应的最高灵敏度为2.15%.光程差误差将导致风速反演误差.当光程差为0.145 9 m和1.088 9 m时, 1 nm的光程差误差将导致反演风速误差分别为1.028 m/s 和 0.138 m/s.应用激光波长调谐的方法得到光纤Mach-Zehnder干涉仪的透过率曲线, 由自由光谱范围精确确定了光程差的值.应用此干涉仪作为鉴频器的激光雷达完成了实际风速探测, 反演风速与相干探测风速具有较好的一致性, 证明了校准探测的正确性.

在单模光纤(SMF)中接入一段硬塑料包层光纤(HPCF)，构成一个全光纤Mach-Zehnder干涉仪，利用该干涉仪制备出一种可同时测量温度和折射率的光纤传感器。由于SMF纤芯和HPCF纤芯直径不匹配，通过HPCF的透射光会产生干涉谱，干涉谱随外界环境温度与折射率的变化而变化，从而可实现温度与折射率的测量。实验结果表明：利用该传感器测量温度与折射率的灵敏度分别达到了13.3 pm·℃-1和52.56 nm·(RIU)-1。该传感器具有体积小、结构简单、制作容易和灵敏度较高等特点，特别适合在电噪声环境中工作。

提出了一种以基于3×3耦合器的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪为核心元件解调DFB传感信号的技术方案。运用光波导和偏振光理论,推导出干涉仪输出光强表达式,分析了干涉仪输入光偏振态对可见度以及相位噪声的影响;利用三路输出信号之间互存120°相位差这一特点,提出了一种解调算法。分析发现,该方案在干涉仪可见度不为0的前提下,能够克服可见度变化对干涉仪输出的影响,获得传感信号的线性输出。

多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一。 通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测。 由于受鉴频器本身特性的影响, 高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点。 提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件, 设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频。 采用小光程差（13.7 cm）、 大动态范围（±100 m·s-1）鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位, 大光程差（74.8 cm）、 高探测灵敏度（2.62%/(m·s-1)）的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测, 从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测。 利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、 系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析。 结果表明, 该系统可以实现±100 m·s-1大动态范围内风速误差小于1 m·s-1的大气风场探测, 为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索。

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器, 传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入, 经过第1个粗锥时, 将激发出若干高阶模, 各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时, 细锥区倏逝场随之变化, 最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化, 可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明, 在35%～85%RH的湿度变化范围内, 透射谱的能量具有相同变化趋势, 处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH, 温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高, 温度交叉敏感小等特点, 具有很好的应用前景。

论述了国内利用Sagnac干涉仪系统、Mach-Zehnder干涉仪系统、Φ-OTDR系统等分布式光纤振动传感系统在输运流体管道检测中的发展历程与应用现状。分析了不同测试系统在输油气、输水管道等应用领域的监测原理、应用特点, 阐述了分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的发展趋势。通过对当今国外该技术领域发展状况的分析, 得出了在Sagnac干涉仪系统、Mach-Zehnder干涉仪系统技术领域方面国内具有一定的技术优势, 而在最前沿的Φ-OTDR系统的研究上国内外不相伯仲的现状。