在光纤传感技术蓬勃发展的当下，本书聚焦光纤马赫-曾德干涉(Mach-Zehnder interference,MZI)与法布里-珀罗干涉(Fabry-Pérot interference, FPI)传感技术，构建起从理论到实践、从创新到应用的完整知识体系。从基础理论开篇，简明阐释两类传感器原理。书中不仅明晰其在现代传感领域的关键意义，梳理国内外研究进展，还深入剖析不同解调技术的原理与优劣，为后续研究筑牢理论根基。书中研究内容贯穿“设计—优化—验证”全链条，应用场景覆盖工业、海洋和机器人等多领域，最终以技术价值落地为锚点，总结研究成果，预判发展趋势，为光纤传感领域科研人员提供从基础理论到创新实践的探索指引，为工程应用者打通技术到场景的适配通道，助力精准把握光纤干涉传感技术演进节奏与多元价值，推动该技术在工业及更多领域实现深度适配与创新应用。

第一篇光纤马赫-曾德与法布里-珀罗干涉传感器技术基础及创新1第1章光纤干涉传感器1
1.1研究背景及意义1
1.2光纤马赫-曾德与法布里-珀罗干涉传感器研究进展2
1.2.1光纤马赫-曾德干涉传感器研究现状2
1.2.2光纤法布里-珀罗干涉传感器研究现状9
1.3光纤马赫-曾德与法布里-珀罗干涉传感器解调技术17
1.3.1光纤马赫-曾德干涉传感器解调技术17
1.3.2光纤法布里-珀罗干涉传感器解调技术18第2章光纤干涉传感基础理论19

2.1马赫-曾德干涉与传感理论19
2.1.1自由空间光路马赫-曾德干涉原理19
2.1.2光波导与全光纤马赫-曾德干涉特性20
2.2法布里-珀罗干涉与传感理论22
2.2.1自由空间光路法布里-珀罗干涉原理 23
2.2.2光纤本征法布里-珀罗干涉机制24
2.2.3光纤非本征法布里-珀罗干涉机制24

第3章核心内容与创新点26
3.1框架及主要内容26
3.2创新点27
参考文献27


第二篇全光纤型与光路混合型马赫-曾德干涉传感器33第4章全光纤马赫-曾德干涉传感器设计与优化33
4.1内嵌型光纤MZI及多种参数传感器33
4.1.1基于锥型结构的光纤MZI及多种参数传感器33
4.1.2小错位型无芯光纤MZI湿度传感器67
4.1.3大错位型单模光纤MZI温度传感器及量程扩展72
4.1.4内嵌凸锥无芯光纤的气球型光纤MZI温湿度双参数传感器82
4.2微纳光纤MZI折射率与温度传感器灵敏度优化与量程扩展88
4.2.1微纳光纤MZI折射率与温度传感器88
4.2.2微纳光纤MZI色散转折点处温度传感器灵敏度优化及量程扩展99
4.2.3微纳光纤MZI色散转折点处折射率传感器灵敏度优化及量程扩展106

第5章光纤与空间光路混合型马赫-曾德干涉传感器及新解调技术118
5.1基于轨道角动量光束的MZI温度传感器及相位解调118
5.1.1轨道角动量光束特性及传感原理融合118
5.1.2基于主成分分析的螺旋形干涉图像相位解调新方法125
5.1.3温度传感实验与结果分析128
5.2基于像面数字全息的双芯光纤MZI折射率传感器及差分相位解调133
5.2.1双芯光纤MZI折射率传感器设计与优化逻辑134
5.2.2像面数字全息解调技术140
5.2.3折射率传感实验与结果验证144
参考文献148


第三篇多构型光纤法布里-珀罗干涉传感器151
第6章全石英光纤加工型法布里-珀罗干涉传感器151
6.1放电加工气泡腔型空芯光纤FPI接触力传感器151
6.1.1传感结构与原理152
6.1.2制作与封装152
6.1.3测量与结果154
6.1.4对比实验154
6.2多元光纤熔接型复合多腔光纤FPI温度与应力双参数传感器157
6.2.1传感器结构与原理157
6.2.2传感实验与结果159
6.3多腔级联型光纤FPI海水温度深度盐度三参数传感器163
6.3.1全石英多腔级联式光纤FPI温深盐传感器164
6.3.2基于氢氧催化键合技术的传感器装配164
6.3.3温度、深度与盐度传感原理与信号解调168
6.3.4多参量响应特性与解耦方法172

第7章聚合物填充型光纤法布里-珀罗干涉传感器的设计、检测及解调179
7.1GQDs-PVA填充型空芯光纤FPI湿度传感器179
7.1.1基于GQDs-PVA完全填充的FPI179
7.1.2传感器的制作180
7.1.3氢气对实验结果的影响181
7.1.4湿度实验结果与分析181
7.2PDMS填充型空芯光纤复合多腔FPI温度传感器及差分相位解调183
7.2.1传感器结构与原理184
7.2.2传感器制作与光谱分析185
7.2.3温度传感实验与结果188

第8章膜片式光纤法布里-珀罗干涉传感器192
8.1光纤DFPI气流传感器及风洞检测应用192
8.1.1风洞气流流动理论及气动探针测量原理192
8.1.2压差式光纤气流流速标量传感器197
8.1.3压差式光纤气动模型测试205
8.1.4光纤集成化气动三孔探针209
8.2硅-石英一体化微型光纤DFPI传感器222
8.2.1MEMS微圆硅基压力敏感膜片222
8.2.2硅基膜片的氢氧催化键合装配技术223
8.2.3传感器压力与温度响应特性分析224
参考文献227第四篇基于游标效应的灵敏度增强型光纤干涉传感器230

第9章光纤干涉仪级联/并联型游标效应增敏的温度与湿度传感器230
9.1空芯光纤MZI结构与PDMS填充的空芯光纤FPI结构级联型游标效应温度传感器230
9.1.1光学游标效应原理与技术特性231
9.1.2级联型传感结构设计与工作机制232
9.1.3传感结构制备工艺与关键技术232
9.1.4温度传感性能实验与结果分析235
9.2双侧孔光纤MZI结构与空芯光纤FPI结构级联型游标效应温度传感器241
9.2.1传感器制备工艺与实验系统搭建241
9.2.2级联传感系统的仿真分析与理论建模243
9.2.3传感性能测试与特性分析249
9.3G-PVA填充的空芯光纤FPI结构与熔接空芯光纤FPI结构并联型游标效应湿度传感器253
9.3.1并联游标效应湿度传感器的工作原理253
9.3.2传感器核心组件的制备工艺255
9.3.3湿度传感性能测试与结果分析258
9.4紫外胶填充的空芯光纤FPI结构与光纤端面3D打印的FPI结构并联型游标效应温度传感器及量程扩展262
9.4.1传感器制备工艺、工作原理及仿真验证262
9.4.2实验结果分析与讨论268
9.5PDMS填充的空芯光纤FPI结构与Sagnac干涉仪级联型增强游标效应温度传感器275
9.5.1FPI-Sagnac级联架构传感器配置与工作原理275
9.5.2实验结果分析与讨论279

第10章复合多腔光纤FPI游标效应增敏的湿度与接触力传感器286
10.1GQDs-PVA填充的空芯光纤复合多腔FPI游标效应湿度传感器286
10.1.1复合多腔FPI游标效应传感理论推导286
10.1.2GQDs-PVA填充的传感结构制备与实验288
10.1.3温度对传感器湿度特性的影响研究293
10.1.4传感器实验结果与性能分析294
10.2单模光纤与空芯光纤熔接的复合多腔FPI游标效应接触力传感器294
10.2.1级联式FPI传感器设计与原理294
10.2.2轴向接触力实验系统搭建及测量结果分析296
参考文献297


第五篇光纤干涉传感技术创新成果与未来展望300
第11章新型光纤MZI与FPI传感技术总结与未来方向300
11.1研究成果概要总结300
11.1.1光纤干涉传感核心结构设计成果梳理300
11.1.2传感性能优化成果总结301
11.1.3多参数解调技术研究成果归纳302
11.2技术发展趋势与展望303

在“工业4.0”与“新基建”战略深度推进的背景下，现代工程领域对传感技术的需求已从“可测量”全面升级为“高精度、高可靠、多参数、抗极端”，传统电磁式传感器在高温、高压、强电磁干扰和远距离传输等复杂场景中，普遍面临信号衰减、精度漂移、寿命缩短等瓶颈，难以适配石油深井勘探、深海探测、航空航天、生物医疗等特种应用场景的严苛需求。而光纤干涉传感器以二氧化硅为传输介质，兼具优异的绝缘性、耐腐蚀性与抗电磁干扰能力，且体积小巧，可实现千米级远程传输，成为适配复杂环境传感需求的核心技术方向。其中马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interference, MZI)与法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Pérot interference, FPI)作为两类经典光纤干涉传感结构，因结构灵活、传感机理明确、可实现多参数测量，成为当前领域的研究重点与应用关键。
然而，光纤干涉传感器在实际工程化落地中仍面临诸多挑战：灵敏度与测量量程的固有矛盾限制了其适用范围；温度-湿度、温度-压力等交叉干扰影响其测量精度；解调系统复杂与高成本制约了其规模化应用；特殊场景(如深海、高温)的适应性不足进一步阻碍其拓展。为系统性突破这些瓶颈，推动光纤干涉传感技术从理论研究走向实用化，本专著整合近10年的研究成果，以“理论基础-结构创新-性能优化-工程应用”为主线，构建了覆盖光纤MZI与FPI两类核心结构的完整研究体系。全书共分为五篇，层层递进、相互支撑：第一篇作为总览，夯实光纤干涉传感的研究基础，梳理技术脉络与创新方向，详解MZI与FPI的基础理论及解调技术；第二篇聚焦全光纤型与光路混合型MZI传感器，通过结构创新与功能材料集成，解决灵敏度与量程的矛盾及温度交叉干扰，开发新型解调技术；第三篇深入多构型FPI传感器的设计与应用，构建多元结构体系以适配不同场景的多参量测量需求；第四篇推动光纤干涉传感器的集成应用与性能极限突破，针对特殊场景开发定制化方案并完成工程化验证；第五篇则总结核心成果，分析工程化瓶颈，展望未来研究方向，为技术持续发展提供参考。
本书内容兼具科学性与实用性，涵盖丰富的传感器结构设计、完善的实验验证体系和系统的性能优化方案，全面呈现光纤干涉传感技术从理论构思、结构设计到实验验证、性能提升的完整研究脉络，既可为光纤传感领域的初学者提供清晰的理论方法与实验思路，也能为寻求技术突破的资深研究者提供关键的结构创新方案与工程经验。期望通过本书的系统梳理与呈现，凝聚领域共识，推动光纤干涉传感技术的持续创新，助力高端传感设备国产化进程，为环境监测、生化检测、深海探测、医疗诊断和工业控制等领域的技术升级提供有力支撑。
本书由夏凤、刘悦莹、仝锐杰、朱洪民著，各章撰写分工如下：第3章、第4章、第10章、第11章由沈阳工业大学信息科学与工程学院夏凤撰写；第6章、第8章由沈阳工业大学人工智能学院刘悦莹撰写；第5章、第7章、第9章由东北大学秦皇岛分校智能感知与光电工程学院仝锐杰撰写；第1章、第2章由东北大学秦皇岛分校智能感知与光电工程学院朱洪民撰写；沈阳工业大学信息科学与工程学院朱卓奇参与了第3章部分工作。
本书撰写过程中，衷心感谢领域内资深专家的悉心指导、团队成员在实验与文稿工作中的辛勤付出以及相关科研项目的资助支持。鉴于光纤干涉传感技术的前沿性与复杂性，加之作者学术视野与研究水平有限，书中不足之处恳请广大读者与同行专家批评指正，以期共同推动该领域技术的创新发展与工程应用落地。

著者
2025年12月于沈阳工业大学