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摘要：基于多模干涉原理和自聚焦现象的SMS(单模光纤-多模光纤-单模光纤)结构因具备结构简单,稳定性好等优点,近年来受到了国内外学者的关注,已被成功地应用在光纤通信和光纤传感的诸多领域中。在传统的SMS结构基础上,本文重点研究了一种新型的复合多模光纤干涉结构,将SMS结构中间的普通多模光纤替换为一段无芯光纤(Coreless Fiber, CF)两端与渐变折射率多模光纤(Graded Index Multimode Fiber, GIMF)熔接的结构。利用渐变折射率多模光纤对光束的发散作用使入射光进入无芯光纤后,激发更多的包层模,因此这种新型的复合多模干涉结构具有更高的环境灵敏性,可用于温度、振动及拉力等物理量的传感。本文主要进行以下三个方面的工作：(1)用光束传播法(Beam Propagation Method, BPM)分析多模光纤内的干涉光场利用柱坐标下的WA-BPM,在Matlab环境中对不同多模光纤组成的SMS结构的纵向光场分布、耦合效率随传输距离的变化曲线、自聚焦位置等仿真分析。着重分析了单模光纤-无芯光纤-单模光纤结构,将无芯光纤的长度选在自聚焦位置,得出了整个SCS(单模-无芯-单模)光纤结构的透射光谱图及特征波长,指出SCS结构可应用于温度、折射率等物理量的传感,并详细分析了其传感原理。(2)提出了一种复合光纤多模干涉结构将不同长度的渐变折射率多模光纤和阶跃折射率多模光纤组合成复合结构,对渐变折射率多模光纤的聚焦和发散效果进行验证。利用渐变折射率多模光纤的透镜作用,设计了一种单模-渐变折射率多模-无芯-渐变折射率多模-单模复合光纤结构,由于无芯光纤的包层模对外界环境变化有较高的敏感性,实现高灵敏度传感。(3)对不同光纤组合进行了实验研究在实验中,对阶跃折射率多模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤、光纤光栅等进行不同的SMS光纤结构组合,分析其透射光谱图并进行传感效果的测试,实现了拉力、振动传感,验证了SMS结构用于多参量传感的可行性。