近年来,以光纤光栅等为代表的成熟的光栅型光纤传感器已经广泛应用于各个行业,例如地质监测、电力系统监测、临床医学监测、建筑结构监测、化学化工检测等,另一方面,人们也在致力于不断改进光纤传感器的结构,缩小传感器的体积,增强传感器的灵敏度,实现多参量同时测量,涌现出诸如模式干涉型传感器、微结构光纤传感器、光子晶体光纤传感器等新型光纤传感器。这些新型光纤传感器极大的丰富了光纤传感技术内涵,扩展了光纤传感器的应用领域。在光纤传感技术的诸多应用中,如何既提高测量灵敏度又能实现多参量测量,已成为目前光纤传感器的研究热点之一。本论文研究基于扭曲微结构的单模-多模-单模(SMS)模式干涉光纤传感技术,通过SMS模式干涉与扭曲微结构相结合,大幅度提高传统SMS模式干涉传感器的应变测量灵敏度以及应变/温度双参量测量的分辨率,并研究了光栅型微结构SMS模式干涉传感在低频振动测量中的应用,论文的主要工作成果如下所述:(1)对模式干涉型传感器进行深入的理论分析,特别是对SMS模式干涉型传感器进行了理论分析和模拟仿真,探讨了其自镜像效应、光场分布、自镜像点的位置影响因素等,并与扭曲微结构SMS模式干涉传感的仿真结果进行对比,从理论上证实了提高传感器性能的可行性。(2)将SMS结构与扭曲微结构工艺结合,制备了基于扭曲微结构的SMS型模式干涉应变传感器,改进了传统模式干涉结构测量灵敏度低的问题。提出扭曲微结构的制作工艺,研究了扭曲速度、预热时间、加热时间等制备工艺参数对扭曲微结构传感性能的影响。经过大量试验和分析比较,获得扭曲圈数与应变灵敏度响应的线性关系,在扭转16圈情况下其应变灵敏度最高达到-42.5 pm/με,远高于传统SMS结构传感器。(3)利用扭曲SMS模式干涉光纤传感实现应变和温度的双参量测量。不同于多个器件的级联测量双参量的传统方式,该结构无须借助参考传感器,仅需一个传感器即可实现应变和温度参量的区分。由于扭曲微结构的引入,使得不同阶次的高阶模被激发,相比传统SMS结构其模式间的有效折射率差更大,从而引起测量时干涉谱不同损耗峰Dip值对应的波长漂移量的差增大。分别采用波长和空间频率两个维度对光谱信号进行解调,实现了应变和温度的高分辨率双参量测量,其中通过频率解调方式获得的应变和温度的分辨率分别达到±2.14με和±0.89°C。(4)制备了基于单模光纤双扭曲结构的MZ型双参量测量传感器。该结构仅利用一根普通单模光纤,通过引入两个扭曲点构成MZ干涉仪,控制扭曲圈数实现不同阶数的高阶包层模参与干涉中,引起不同Dip谐振波长的不同灵敏度漂移。不同于传统MZ型模式干涉仪,该结构由于扭曲过程所引起的剪切力对折射率的改变与弹光效应结合,使得不同Dip漂移方向相反,从而实现温度和应变的双参量高分辨率测量,进一步提升了双参量测量的分辨率,实验获得应变和温度的测量分辨率分别为±0.564με和±0.357°C。(5)提出了一种基于CO2激光刻写光栅微结构的SMS模式干涉光纤传感技术,并应用于低频振动测量。通过在多模光纤表面刻写周期为500μm的光栅微结构,测量其应变灵敏度达到-0.13 dB/με,并通过悬臂梁结构进行换能,实现测量范围为0.05Hz-38 Hz的振动测量,在悬臂梁一阶谐振频率以下具有平坦的频率响应曲线,实现了0.1 Hz以下的低频振动测量。