针对传统光纤传感难以实现应变矢量感知的问题，设计并实验验证了基于同相正交（IQ）调制的光频域反射仪（OFDR）的多芯光纤应变矢量传感系统。使用IQ调制技术，实现了光源线性扫频，利用多芯光纤空间结构关系，在OFDR系统中获得了七芯光纤弯曲后的应变矢量信息。实验结果表明，当光源扫频范围990 MHz时，在87 m七芯光纤中，弯曲应变空间分辨率为28.35 cm。当光纤弯曲曲率为1.78 m^-1时，角度分辨率为29°。同时进一步通过仿真分析表明，当扫频范围提高到10 GHz时，理论上可以达到1.02°的角度分辨率，从而进一步提高系统性能。

提出并实现了一种用于双参量同时测量的强耦合七芯光纤布拉格光栅（SCF-FBG）。在透射光谱中观察到2个布拉格谐振峰，对应SCF的类HE₁₁和类HE₁₂超模式反向谐振耦合。该传感器由SCF拼接在中心对齐的2个标准单模光纤构成，其透射谱中还包括由超模式间的马赫-曾德尔干涉产生的干涉条纹。分别测量了该器件对温度和应变的响应，结果表明：2个布拉格谐振峰的温度灵敏度分别为9.56 pm/℃和9.55 pm/℃，应变灵敏度分别为0.64 pm/με和0.584 pm/με。其中，干涉谷的温度灵敏度和应变灵敏度分别为11.8 pm/℃和-0.925 pm/με，因此该器件能够同时用于温度和应变的测量。

提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器，并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成，形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配，容易激发高阶模式，被激发的多种模式的光波继续沿着七芯光纤传播，然后到达锥形区域。由于锥度直径的急剧减小，模式间发生干涉，传感器的灵敏度得到提高。制备了不同直径的锥形七芯光纤，并对其模间干涉和超声测量进行了对比分析。超声波在水中传播时，将周期性地改变周围液体的折射率，基于锥形光纤的倏逝场效应，调制锥形光纤中光波的传输。该超声波传感器具有制作简单、信噪比高、频率响应宽等特点。

设计并制作了一种基于七芯光纤的应变不敏感温度传感器。该传感器将一段七芯光纤与两段单模光纤进行熔接, 通过优化熔接参数在熔接点处形成两个分别充当光路分束器和耦合器的凸锥结构, 构成了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。实验研究了该传感器对温度和应变的响应特性。结果表明, 传感器的光谱对应变不敏感, 但传感器对温度具有良好的线性响应特性, 在40~200 ℃内, 其谐振光谱波长随温度升高线性红移, 对应温度灵敏度达到93.11 pm/℃, 波长漂移线性度达99.4%。

基于挤压技术制备新型七芯光纤。首先通过蒸馏纯化工艺和传统熔融淬冷法制备了As₂Se₃和As₂S₃两种玻璃,采用改进的分离式挤压法制备了光纤预制棒,并结合聚合物层的高温涂覆保护获得了结构完整的新型七芯硫系玻璃光纤,该光纤的数值孔径分布范围高达1.20~1.45。采用截断法测试了该光纤的损耗,最低损耗约为1.9 dB/m@4.4 μm,最后将飞秒激光结合光参量放大器(OPA)作为泵浦源测试了该光纤的非线性性能,在14 cm长的七芯光纤中获得了谱宽范围为1.5~12 μm的超连续谱输出。结果表明,该七芯硫系光纤具有良好的非线性性能,在中红外光学领域具有重要的应用价值和研究意义。

提出一种基于七芯光纤和保偏光纤结构的光纤曲率传感器,该传感器先将一段七芯光纤和保偏光纤对芯熔接,然后在其两端熔接普通单模光纤分别作为输入和输出光纤。实验研究了七芯光纤长度分别为80,100,120 mm的三种传感器的曲率特性,结果表明:当曲率增大时,传感器的透射谱发生明显的红移现象,因此通过监测透射谱谐振波谷波长的漂移可实现曲率的测量。传感器的曲率灵敏度随着七芯光纤长度的增加而增大,在七芯光纤长度为120 mm时传感器获得最大的灵敏度,为17.31 nm/m -1。但温度特性实验表明该长度下的传感器对温度具有较高的灵敏度,故在实际应用中,为避免温度对测量结果的影响,可选择温度灵敏度最低、七芯光纤长度为100 mm的传感器进行曲率测量,该长度下的最大曲率灵敏度为16.79 nm/m -1。与其他光纤结构传感器相比,所提出的传感器具有制作简单、价格低廉、消光比高等优点,可用于土木工程等领域。

利用光纤在不同弯曲曲率下的不同形变,提出并验证了一种基于七芯光纤和少模光纤的新型光纤曲率传感器。分别制作了三种不同结构的传感器,利用快速傅里叶变换分析了它们的干涉模式,获得波长的传感灵敏度分别为6.33,30.83,15.96 nm/m,强度的传感灵敏度分别为8.57,25.65,1.96 dB/m。

An optical fiber microdisplacement sensor based on symmetric Mach-Zehnder interferometer (MZI) with a seven-core fiber and two single-mode fiber balls is proposed. The rationality and manufacturing process of the MZI sensing structure are analyzed. The fabrication mechanism of the Mach-Zehnder sensor by CO2 laser is described in detail. Experimental results show that temperature sensitivities of the two dips are 98.65pm/℃ and 89.72pm/℃, respectively. The microdisplacement sensitivities are 2017.71 pm/mm and 2457.92 pm/mm, respectively. The simultaneous measurement of temperature and microdisplacement is demonstrated based on the sensitive matrix. The proposed Mach-Zehnder interference sensor exhibits the advantages of compact structure, simple manufacturing process, and high reliability.