盐度是海洋最主要的物理参量之一,与气候、降水、海面蒸发等因素息息相关,是气候变化的重要指标,影响水文演化,其精确测量对海洋研究意义重大。常见的盐度测量方法主要有比重法、电导率测量法以及光学测量法等。比重法是指一定条件下测量待测海水与标准海水的比值,通过比值得到盐度,不能原位测量,常用于实验室研究;电导率测量方法是指通过测量海水电导率计算海水盐度,以美国Seabird公司为市场领先者,长期以来国内外科研机构跟踪模仿此技术路径;光学测量方法指通过光学手段获得海水折射率计算海水盐度,具有精度高、有潜力实现小型化等特点,日益成为国内外海洋传感器的研究热点。较常用的光学测量方法主要有光学折射法、全内反射法、光纤光栅法、光干涉法、表面等离子体法、光子晶体以及光拍频等方法。光学折射法使用V型槽的折光效应,通过对折射后的光束的位置变化得到盐度,这种方法结构简单但是受限于位置传感器的分辨率,对盐度测量的分辨率为±0.005 PSU,测量范围也只有15 PSU-42 PSU;全内反射法通过摄像机等设备记录全反射的角度获取盐度,由于受到摄像设备的像素限制,分辨率较低;光纤光栅法使用光纤作为传感部件,但是光纤较脆弱,而在盐度的测量中光纤需要与海水接触因此容易损坏;光干涉法的测量范围受到光的波长周期限制,测量范围较小;表面等离子体法、光子晶体法目前精度较低,技术成熟度一直处于实验室阶段;光拍频方法受到频率计计数范围的限制因此测量范围较小。上述光学测量方法难以满足在深海大洋环流研究中对盐度的高分辨率测量要求。针对上述问题,本文首次提出基于Fabry-Perot腔（FP腔）的光学测量方法提高测量分辨率。基于FP腔作为传感器核心部件使用锁频原理将盐度和反馈电压结合起来,建立了一套基于FP腔的锁频盐度测量系统。其中,FP腔采用羟基键合的方式将腔镜和腔体结合起来,这种方式能达到系统稳固的目的,通过模式匹配仿真和光学几何仿真确定FP腔的腔体长度为40 mm。FP腔采用平凹腔结构,凹面镜的反射率为97.6%,曲率半径为70 mm,准直器距离平面镜的匹配长度为49.5 mm,用于模式匹配的透镜焦距为60 mm。采用633 nm环形器收集FP腔的反射光,同时采用Moku集成控制模块对该系统进行调制、解调和反馈控制。该测量系统采用抖动锁频方法产生误差信号,将633 nm DBR激光器的频率锁定到装有海水的中空FP腔的谐振频率上,为盐度测量提供了一种新颖的高分辨率测量方法。此外,本文还探索了一种新型的使用基于小角度测量的海洋盐度原位传感技术的盐度传感器,该盐度传感器使用V型槽对光偏转角度进行调制,使用FP腔对偏转角度进行解调,通过光强改变得到海水盐度的变化。理论仿真表明该方案可以达到10-8 RIU的分辨率,该方案可以对海水盐度进行高精度测量。论文围绕上述方向开展了研究,主要成果如下:1)设计FP腔的几何参数、反射率、稳定腔的选择、凹面镜的曲率半径,使用有限元分析FP腔的受力情况和对FP腔稳定性的影响。对测量探头的准直器和FP腔的耦合进行仿真,同时设计光路,选择匹配透镜。使用微晶玻璃制作FP腔腔体,使用胶合方式和羟基键合的方式制作FP腔。2)基于FP腔开展了锁频盐度测量系统的研制,对633nm DBR激光器进行了耦合调试,在耦合器与FP腔准直器之间建立了全光纤连接。对FP腔的粘结方式进行了调查研究,对制作好的FP腔进行了测试。对系统中的激光器性能进行测试,研究了无跳模范围。对影响光在FP腔中传播的因素进行分析,通过蒙特卡洛方法对光在FP腔中的散射进行了仿真研究。3)对研制好的反馈系统进行了测试,实验证明矩形FP腔和圆柱FP腔的盐度测量系统性能都能够达到要求。通过对矩形FP腔的Allan方差和功率谱密度的分析测得盐度的零偏不稳定性范围为1.24×10-4 PSU-2.73×10-4 PSU,圆柱FP腔的盐度的零偏不稳定性范围为 4.46×10-5 PSU-1.14×10-4 PSU。4)提出了一种通过FP腔增强的V型槽盐度传感器,通过FP腔将V型槽中的激光偏转角度转换为光强变化,使测量系统分辨率相比较传统的V型槽折光仪提高了一个数量级。