随着聚焦超声广泛应用在造影显像和结石治疗等医学领域,研究可对超声场在人体内的强度和分布情况进行精确测定的高性能传感器成为了医学超声应用的一个重要课题。相对于目前医学上测定超声场使用的压电陶瓷传感器,光纤光栅传感器具有体积小、质量轻、柔韧性好、抗电磁干扰等诸多适合在生物体内进行无损检测的优点,成为了新型超声波传感器的研究热点。本文根据超声波作用于光纤光栅产生的几何形变效应与弹光效应,分析了光纤光栅对超声波的传感机理;利用耦合模理论和传输矩阵法仿真分析了超声波对光纤布拉格光栅光谱的影响。根据高频聚焦超声波传感信号的特点,从提高传感系统灵敏度和检测频带两个角度出发,提出了利用相移光纤光栅作为传感单元用于超声波传感系统,对传感光栅的光栅参数进行了设计与优化;提出了平衡光电探测方案,设计了适用于检测超声波传感信号的光电检测电路。搭建了基于可调谐激光器的光纤光栅超声波传感系统,对传感系统的性能进行了实验研究。实验结果表明,均匀光栅传感器和相移光栅传感器均具有良好的的线性度,而与均匀光栅传感器相比,相移光栅传感器的灵敏度提升了约14.5倍,达到了1.05V/MPa;信噪比提升了 11.7dB,达到32.0dB。实验中使用相移光栅传感器对聚焦换能器发射声场的焦斑大小和焦柱长度进行了测量,结果与换能器的设计参数相符,表明相移光栅传感器能够对超声场的分布情况进行较为精确的测定。实验证明本文研究的光纤光栅超声波传感器具有良好的性能,对未来应用于医学超声领域具有实际意义。