二硫化钨(WS2)是一种典型的类石墨烯过渡金属硫化物,具有稳定的结构、较大的比表面积、较高的载流子迁移率和层数相关的电学和光学特性,近年来在传感和全光器件设计领域展现出巨大的发展潜力。光纤马赫-曾德尔(M-Z:Mach-Zehnder)干涉仪具有体积小、结构简单、灵敏度高和集成性好等优点,被广泛应用于光纤传感领域。因此,利用WS2的优良特性,结合光纤M-Z干涉仪的优异表现,构建新型WS2膜光纤M-Z干涉仪并对其特性进行研究,对传感技术的发展、光学器件的开发和全光网络的搭建具有十分重要的意义。本文以WS2膜光纤M-Z干涉仪为研究对象,基于WS2独特的电学和光学特性,通过理论与实验相结合的方法,对WS2膜光纤M-Z干涉仪的气体传感和光调控特性进行了研究。论文的主要工作包括:1.对WS2在气体传感和光调控特性方面的研究现状以及WS2与光纤器件相结合的发展现状进行了综述。2.理论分析了光纤M-Z干涉仪折射率传感原理,对该结构的内部光场、输出干涉光谱及空间频率进行了仿真模拟,并结合传感原理进行分析。探究了传感光纤包层厚度与工作模式之间的关系,研究了不同芯径比对模场分布的影响。3.WS2膜光纤M-Z干涉仪NH3传感特性研究。对不同厚度WS2膜光纤M-Z干涉仪的NH3传感性能进行测试。实验结果表明:当WS2膜厚度为1.1μm时,干涉仪具有较好的传感性能,在0-100ppm氨气浓度范围内,灵敏度为2.21pm/ppm,经去部分包层法处理后灵敏度为3.35pm/ppm,响应和恢复时间分别为30s和240s。4.WS2膜光纤M-Z干涉仪光功率调控特性研究。通过改变入射光光功率的大小,探究不同厚度WS2膜与入射光功率之间的关系。实验结果表明:1.5μm厚WS2膜光纤M-Z干涉仪具有更高的调制效率,在宽带光源输出功率由4.12mW增大至12.86mW的过程中,输出光谱向短波方向漂移0.64nm,波长灵敏度为59.6pm/ppm。5.WS2膜光纤M-Z干涉仪偏振光调控特性研究。理论分析了 WS2膜光纤M-Z干涉仪偏振光调控原理,并进行了实验验证。实验结果表明:当入射线偏振光角度从0°变化至180°时,1548nm附近干涉波谷的中心波长向长波方向漂移0.71 nm,且在45°、90°和135°三个偏振角度下,光谱的漂移量明显增大。