随着现代工业、航空、民用工程、空间技术、军事等领域自动化和智能化的发展，对各种场（如压力场、温度场、电磁场、流速场等）的时空分布状态进行测量和实时监控越来越迫切。这些应用要求的实现取决于传感技术的发展。随着工程技术系统自动化程度和复杂性的增加，对传感的精度、可靠性、信息容量及经济实用性的要求也不断提高，因此，研究适应实际需要的新的传感器技术是一个热门课题。本论文结合传感领域的研究热点选题，具有重要的学术意义和实际应用价值。主要内容如下：　　 1.理论和实验两个方面对掺铒光纤激光器的时域特性进行了研究。理论模型从激光器的基本速率方程出发，通过求解增益光纤中的功率传输方程，得到激光器的时域输出特性。详细研究了激光器时域输出特性、稳态输出功率以及振荡脉冲峰值功率随增益光纤长度、泵浦功率、腔内损耗及输出耦合比的变化规律。实验上采用方波调制的半导体激光器泵浦掺铒光纤，观察激光器的时域输出特性。研究了泵浦功率以及腔损耗对激光器弛豫振荡的影响。给出了激光建立的延迟时间与泵浦高低电平功率的关系。理论模拟与实验结果符合很好。　　 2.将光纤激光器的弛豫振荡特性应用到传感领域中。通过合理的设计光纤激光器的结构，将待测物理量的变化引入到腔内，改变谐振腔的损耗，进而影响激光器输出的时域特性。将待测参量的测量转化为激光建立的延迟时间的测量。基于此原理，设计了不同结构的光纤传感器，分别对应变、液体折射率和气体浓度进行了检测。　　 应变传感器是利用FBG对应变的敏感特性实现传感的。应变导致Bragg波长的变化，引起谐振腔内损耗的改变，通过测量激光建立的延迟时间的变化获得应变的信息。提出了两种不同结构的光纤应变传感器，分别研究了泵浦功率对传感器性能的影响。在泵浦高、低电平功率分别为32mW、6mW及25mW、5.9mW时，对应变进行了测量，两种传感器的灵敏度分别为0.14μs/με和0.33μs/με.　　 液体折射率传感器是基于LPG对环境的敏感特性实现折射率测量的。外界折射率的改变引起LPG透射谱的变化，导致谐振腔损耗发生改变，激光建立的延迟时间随之改变。折射率的大小是通过测量激光建立的延迟时间来获得的。当高电平功率为20mW，低电平功率为7.9mW时，传感器的折射率灵敏度为3.5ms。　　 基于铒光纤激光器的时域特性设计了一种气体浓度传感器。用光纤环全反镜和FBG构成F-P线形腔，通过调节光栅的反射波长，使激光激射波长处于待测气体的吸收峰上。由于气体对光的吸收，使得气体浓度的改变引起谐振腔损耗的变化，进而影响激光建立的延迟时间。通过测量延迟时间可以得到待测气体的浓度。在泵浦高低电平功率分别为25mW和5.9mW时，测得传感器的灵敏度为11ps/ppm。　　 3.采用模式展开法分析了阶跃折射率多模光纤中的干涉现象，模拟给出了多模光纤内光波场的分布。基于圆形阶跃折射率多模光纤中的多模干涉原理设计了多模干涉型光纤传感器，分别对应变和温度进行了测量。传感器是通过测量发生干涉的波长来获得待测物理量的信息。在应变变化范围内，随着应变量的增大，波长向短波方向移动，传感器的应变灵敏度为2.1pm/με。随着温度的升高，传感器的中心波长向长波方向移动，温度灵敏度为14.36pm/℃。　　 4.分析了基于OptoCeramic（）材料的可变光衰减器（VOA）的工作原理。基于这种电光陶瓷调制器，设计了一种结构紧凑、性能稳定的环形腔Q开关光纤激光器。研究了腔长、泵浦功率和重复频率对激光器输出特性的影响。在泵浦功率为65mW时，获得脉宽104ns稳定的脉冲输出，脉冲重复频率从3kHz到40kHz连续可调。