提出一种基于迈克尔逊干涉仪原理的面向0.8~2.4 μm波段近红外超宽带单频光纤激光的小型化高精度波长快速测量技术。该技术所涉及的光学组件均适用于0.8~2.4 μm近红外波段，伺服电机平移台的最大行程为50 mm，基于双折叠光路设计可产生4倍于平移台行程的光程差，由高速采集卡配合LabVIEW上位机程序采集处理信号，实现了该技术的小型化、高精度及快速测量。提出采样数等效分辨率法以简化波长分辨率的设计，确定波长分辨率仅与信号采样数有直接数值对应关系，其余参数均以采样数为基准进行自由调整。选用0.8，1.06，1.55，1.94和2.05 μm 5种典型波段的单频激光器做波长测量实验，并与商用高精度波长计测量结果比较。实验结果表明：采样数等效分辨率法单次测量耗时1.5 s，测量精度分别为±1.4，±1.1，±1.2，±1.2和±1.3 pm，波长分辨率符合理论值0.2×10^-6。该小型化波长测量技术能够实现0.8~2.4 μm全波段近红外光源的高精度快速测量。

光纤激光传感技术是光纤传感技术中的重要组成部分。首先介绍了光纤激光传感技术的原理，然后分析了基于单一结构和双结构的10种光纤激光传感器的原理和特性，并对比了2 种传感结构的应用情况和温度灵敏度，最后从解调方式、多参量测量以及提升检测范围等3个方面对光纤激光传感技术进行了总结和展望。

基于涡旋光纤(vortex fiber,VF)激发的柱矢量模式(cylindrical vector modes,CVMs)设计了迈克尔逊干涉仪传感器，并对轴向应变、温度和折射率传感特性进行了理论研究和实验验证。通过对VF施加一个微弯长周期光栅（microbend long period gratings，MLPG），激发一阶CVMs（TE01、HE21和TM01）；在VF尾端加反射镜，反射后纤芯中的基本模式HE11与环芯中的CVMs产生干涉，构成了迈克尔逊干涉仪。实验测得对应于柱矢量模式TM01、HE21和TE01的应变灵敏度分别为-1.01 nm/mε、-1.61 nm/mε和-2.31 nm/mε，温度灵敏度分别为9.3 pm /℃， 3.4 pm /℃和-2.4 pm /℃，而折射率不敏感。该传感器结构简单，且TE01模式具有最高应变灵敏度和最低温度灵敏度，可作为折射率不敏感的、温度交叉灵敏度低的理想无补偿应变传感器，是智能型工程结构中下一代传感器的理想选择。

引力波的直接探测打开了宇宙观测的新窗口, 开启了引力波天文学的新时代。当前世界上运行的第二代地基引力波探测装置分别包括位于美国汉福德和利文斯顿的两台LIGO、位于意大利的Virgo和日本的KAGRA。然而, 第二代引力波探测器的应变灵敏度较低, 无法探测宇宙中绝大部分天文事件, 因此亟需建设第三代地基引力波探测装置。基于山西大学的低噪声激光光源和山西省的废弃矿井资源, 山西省政府已经立项, 支持建造第三代地基引力波探测装置“谛听计划”。本文通过计算迈克尔逊干涉仪、法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪、功率循环的法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪对引力波信号的频率响应, 并与美国激光干涉引力波天文台的LIGO探测器进行对比, 分别确定了“谛听计划”法布里- 珀罗腔和功率循环镜的反射系数。

提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪，开放腔FPI作为传感干涉仪，解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响，以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器，并测试了其折射率响应特性，分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384~1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位），相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍，放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好，在折射率传感领域具有潜在的应用价值。

电力设备的局部放电监测是发现设备的绝缘缺陷、维护电网安全运行的重要手段。文章基于分布反馈(DFB)激光器线宽窄、噪声低、相干长度长等优点, 设计了一种用于局部放电监测的振动传感系统。系统采用粘接在悬臂梁上的DFB激光器作为传感头, 利用光纤迈克尔逊干涉仪将DFB激光器波长变化转换为干涉仪的输出光强变化, 采用相位生成载波(PGC)算法进行局部放电信号解调。设计并仿真分析了悬臂梁的振动响应特性, 得到其一阶谐振频率为876Hz。研究了迈克尔逊干涉仪臂长差与系统灵敏度的关系。实验选取脉冲点火器作为局部放电源进行放电检测, 验证了系统用于局部放电检测的可行性。结果表明, 该系统能够检测到800~900Hz放电信号, 灵敏度可达-74.67dB re rad/Pa。

针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题, 提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里－珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源, 由直流电源直接驱动, 经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈; 利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调, 将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明: 当臂长差分别为0.45、0.40 m时, 灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。

介绍了一种全新的迈克耳孙X射线干涉仪设计，可用于⁵⁷Fe穆斯堡尔14.4 keV核共振波长超精准测量。所设计结构是由反对称的三次劳厄衍射型（LLL）的X射线干涉仪和可以匹配14.4 keV波长的一体型双通道切槽单色器（MDCM）构成。在上海同步辐射光源利用14.4 keV单色光对国内首个自制LLL干涉仪的性能和MDCM的工况进行了在线测量和定量表征，得到了干涉仪条纹对比度的测量结果（0.37~0.63）和MDCM光学元件的修正参数。该研究为国内复杂构型X射线光学元件的研制和在线表征积累了技术经验。