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本论文的主要内容为基于多模光纤中模式干涉的全光纤马赫-增德尔(Mach-Zehnder,MZI)对外界环境的响应特性,着重研究了单模-多模-单模(Single mode-Multimode-Single mode, SMS)及多模-单模-多模(Multimode-Single mode-Multimode, MSM)光纤结构的传输谱及其轴向应力、温度、折射率传感特性,在此基础之上,研制了基于普通多模光纤和无芯多模光纤制作SMS结构的两种光纤激光传感系统,实验发现,其传感特性远好于普通的模式干涉的全光纤MZI传感器。此外,论文还研究了基于双通道MZI的光纤传感系统。本论文的主要研究成果与创新点如下：1.首次建立了光纤SMS结构输出单模光纤中包层模激发系数对多模光纤长度及波长的依赖关系,理论推导了输出单模光纤中包层模式激发系数的数学表达式。对AFS50i/125多模光纤而言,计算结果显示其长度为～1.4mm时,SMS结构输出单模光纤的能量主要集中于纤芯模式和两个相邻的包层模式中,从而MSM结构可以在中间单模光纤长度较短的条件下输出相对平整的梳状谱。2.提出并搭建了一种基于SMS结构的环形腔光纤激光传感系统,该系统利用SMS结构传输谱的对外界敏感的特性及其带通滤波特性,实现了单波长激光输出,分别建立了不同激光传感系统输出中心波长与轴向应力、温度、及折射率的对应关系。与普通的基于光纤SMS结构传感系统相比,该方案极大的提高了系统输出光信噪比(>40dB)及输出光强度(-0dBm)、并减小了输出谱的3dB带宽(<0.05nm),因而可以用于长距离传感中。3.提出并研制了基于保偏-多模-保偏光纤结构扭转传感器,建立了结构扭转角度与输出光谱参数之间的函数关系。与保偏-单模-保偏光纤结构传感相比,该传感器可以同时从峰值波长及光强度两个角度测量结构的扭转角度变化。4.提出并实验制作了单模光纤中包层模式与纤芯模式干涉的光纤扭转传感器,该结构通过在MSM结构中间熔接一段保偏光纤制作而成。建立了该结构扭转角度与输出光谱消光比的对应关系。与PMP结构传感器相比,该结构传感器输出谱消光比更高且平整度更好。5.提出了一种基于压电陶瓷的光相位调制器的相位调制系数的方案,方案的优势在于快速、直接的测量任意给定的调制器相位调制系数值。然后建立了一种基于相位生成载波解调技术的萨格纳克环与MZI结合的分布式振动传感系统。