随着光纤传感技术的进步与发展,相比于电学麦克风,光纤麦克风在微纳信号探测、光声光谱测量等领域具有更广的应用前景。其中,干涉型光纤麦克风因其具有结构轻巧、灵敏度高、抗电磁干扰等优点,吸引了诸多研究人员的关注。在外腔干涉结构的光纤麦克风系统中,薄膜的性能及其制备工艺非常重要,对薄膜振动幅值的定量测量可直接反映其灵敏度的大小。本文对基于高灵敏度薄膜的光纤传感探头进行了研究,结合可实现物理量绝对测量的低相干光纤微分干涉仪,对薄膜探头的灵敏度进行了高精度测量,并将其应用于光声光谱气体浓度定量标定及气体泄漏声信号特征谱分析中。首先,我们采用MEMS等离子体硅刻蚀方法制备大尺寸(直径3.1mm)的铝-聚酰亚胺复合薄膜。该制备方法可在一定程度上释放膜内应力,提高薄膜表面平整度;通过稀释聚酰胺酸浓度,使膜的厚度低于500nm。复合薄膜的铝层在刻蚀过程中可保护聚酰亚胺不被破坏,同时提高膜整体的光反射率;聚酰亚胺的弹性性能好,且其具有的高强度特性可保证复合薄膜整体的结构强度。其次,对基于铝-聚酰亚胺薄膜探头进行了实验测量。由于低相干微分干涉测量可实现非接触式绝对幅值的振动测量,我们将其与铝-聚酰亚胺薄膜探头组合成低相干微分干涉光纤麦克风系统。该系统可以实现对膜振动幅值绝对位移量的测量,由此直接得出薄膜探头的声压灵敏度。实验结果表明:系统的线性响应度良好;在频率响应上,系统在1KHz至5KHz频率段声压灵敏度保持稳定,平均为120nm/Pa,其最小可探测声压为53uPa;铝-聚酰亚胺薄膜的结构稳定性好,其性能在四个月时间内保持不变;具有良好的温度稳定性,温度的上升对其灵敏度产生微弱的负影响,影响幅度最大为9.3%。最后,基于铝-聚酰亚胺膜的光纤麦克风,我们分别开展了光纤光声光谱测量和气体泄漏检测的应用研究。本文对光纤光声光谱测量系统进行了模块化设计,包括可调谐激发光模块,开放式微腔光声池和低相干微分干涉麦克风模块,并对每个模块进行实验验证,之后对整个系统进行实验。实验结果表明:开放式微腔光声池的谐振频率为3KHz,可产生最大光声信号为2.3mPa;相比传统电学麦克风(B&K2192),在脉冲频率6KHz和7KHz上的信号强度分别高出10.2dB和9.9dB。在气体泄漏检测方面,通过拾取气体泄漏的四极子声场信号,分辨气体泄漏的特征频谱来判断气罐泄漏的相关信息。实验表明,随着气罐内压及泄漏孔尺寸的改变,气体泄漏特征谱只出现整体的起伏变化没有发生频谱上的变化。该研究为气体泄漏检测方法提供了新的检测手段。