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光学传感器因其设计灵活、测量精度高、响应速率快、抗干扰能力强等优势,在推动新一代物联网技术和智能传感的发展中起着重要作用,同时这些新兴技术的发展也对光学传感系统的自身性能提出了更高的要求。本学位论文针对提升传感系统性能提出了四种新型高分辨率传感系统,分别是模式千涉型光纤激光传感系统、基于相移光纤光栅的光电振荡传感系统、基于硅基集成微盘谐振腔的微波光子传感系统和基于随机光纤光栅的准分布式光纤传感系统,每个传感系统都涉及到光学领域或微波光子学领域的全新传感信息探测方式,在提高光学传感系统灵敏度的同时,也实现了对传感信息的高速高分辨率解调。论文主体内容中的每一章均围绕一种光学传感系统展开,从理论与实验两方面分别介绍了系统原理、关键器件的设计与实现以及系统性能,取得的主要成果和结论如下:1.提出并搭建了一种新型模式干涉型光纤传感器与环腔激光器结合的激光传感系统,提高了对传感信息探测的分辨率和准确度。设计并采用MCVD工艺制作了一种新型环状芯子少模光纤(CRCF)。基于自制的CRCF,结合模式干涉型传感器的原理,制作出一种CRCF-SMF-CRCF(CSC)的模式干涉结构。理论分析结构中每段光纤长度对光纤传感性能的影响,得到最优解并制作出最优参数的CSC结构。作为传感元件和滤波元件,CSC结构结合环腔激光器,将其透射谱中干涉峰因环境改变而产生的波长变化转变为激光器产生激光的波长变化,将提取传感信息的光谱信噪比提高了 30dB,3-dB带宽缩小至原来的3%,从而实现了对传感信息的高分辨率测量。2.提出并搭建了一种基于少模相移光纤光栅(FM-PS-FBG)滤波器的双参量光电振荡传感系统。首次在自制少模光纤上写入相移光纤光栅,利用基模LP01和高阶模LJi1自耦合生成的两个反射峰及其相移点,根据相位调制-强度调制(PM-IM)原理,将FM-PS-FBG与光电振荡器(OEO)结合生成频率可切换的微波信号。因此,FM-PS-FBG中因环境变化而产生的相移点波长变化,被转变成OEO生成微波信号的频率变化,进而可用响应速度更快、分辨率更高的频谱仪探测。该光电振荡传感系统生成的两个微波信号频率对应力的灵敏度分别为54.3MHz/με和58.5MHz/με,对温度的灵敏度分别为1.5189GHz/℃和1.3412GHz/℃。由于两个微波信号频率对相同环境变化的灵敏度不同,可实现对环境中温度应力两个参量的同时解调。3.提出并搭建了一种基于硅基集成微盘谐振腔(MDR)的高速高分辨率双参量微波光子传感系统。从基本理论、性能指标、测试结果三部分详细分析了可支持多模传输的MDR特性。基于MDR透射谱中因模式WGMt1,106和WGM3.96而产生的两个下陷谷,结合PM-IM原理,实现双通带微波光子滤波器。提出并验证了一种全新的基于线性啁啾信号的传感信息探测方式,将环境变化导致的MDR下陷谷的波长变化,转变成被双通带微波光子滤波器滤波后得到的两段线性啁啾信号的中心频率变化。提出一种针对啁啾信号的降噪算法,将含有传感信息的线性啁啾信号噪声降到最低,最后经示波器实时探测和DSP实时分析得到解调后的传感信息。该探测方式的引入,将系统的传感速度提高至1με,温度与应力的分辨率提高至2.4×10.5℃和9.1×10-8RIU,相比于采用光谱仪探测的方式提高了4个量级。4.提出并搭建了一种基于随机光纤光栅的准分布式光纤传感系统。从随机光纤光栅的制作方法、理论分析、与布拉格光纤光栅的对比三个方面详细分析了随机光纤光栅的特性。首先在一根单模光纤上写入多个随机光纤光栅,基于时分复用原理实现准分布式传感。然后根据频谱整形和波长-时间(SS-WTT)映射理论,结合数字信号处理中的互相关算法,将环境变化引起的光栅波长变化转变为与参考信号互相关后压缩峰对应的时间变化,最终经示波器实时探测和DSP实时解调,实现对温度和应力的高速高分辨率传感。全新传感元件与探测方式的引入,将系统的传感速度提高至50ns,温度与应力分辨率分别为0.23℃和2.5με,准确度分别为0.11℃和1.2με。