磁流体(Magnetic Fluids, MF)也称作铁磁流体(Ferrofluid)或者磁液(Magnetic Liquid),是一种新型的功能性材料,既具有固体磁性材料的磁性又具有液体的流动性,是由纳米磁性颗粒借助于表面活性剂均匀弥散在基液中所形成的稳定胶体溶液。磁流体具有许多独特的特性,这使得磁流体在各个研究领域中迅猛发展。对磁流体的研究始于二十世纪六十年代,深入到电子、能源、航空航天、国防军工、冶金机械、化工环保、仪器仪表、医疗卫生等领域。当前,磁流体的磁光特性研究仍为国内外的-个热门的研究课题。本课题主要研究磁流体的光学特性及其光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)传感关键技术,取得的具有特点和创新性工作包括：(1)从理论上和实验上同时对磁流体微观结构进行研究。本文提出从磁流体特性的本质研究其光学特性,即研究磁流体的微观结构在无、有磁场作用下的变化情况。理论上,考虑和分析磁流体粒子模型、粒子间相互作用能、粒子受外界磁场作用能等,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法,利用Fortran语言编程实现,仿真磁流体纳米磁性粒子在无、有磁场作用下的分布情况。仿真结果表明,当无磁场作用下,磁流体的磁性粒子会形成弱絮凝结构,而在有磁场作用下,磁流体的磁性粒子会随着磁场的方向形成磁链结构,并随着磁场强度的增大,形成的磁链结构的长度会随之变长,并且得到了同样在温度作用下,磁链结构会随着温度的升高而遭到破坏。实验上,为了动态研究磁流体微观结构在无、有磁场作用下的变化情况,解决了微米级磁流体薄膜样本制作和磁流体微观结构实验研究系统设计与搭建两大关键问题。本文采用了化学腐蚀方法,并通过自行设计的有机玻璃密封操作箱,成功制作出表面光滑、均匀度好的磁流体薄膜且厚度最小能达到6μm。而磁流体微观结构实验研究系统的实现采用了单筒视频显微镜结合自行设计的水冷式磁场发生装置,有力保证了磁场强度大、均匀度好、恒温效果好以及实验装置的灵活性。该系统能提供最大的磁场超过500Gs并能够动态的观察和研究磁流体在有、无磁场作用下的微观结构的变化。实验结果表明,在磁场作用下,磁流体的纳米磁性粒子随着磁场方向形成磁链结构,并且随着磁场的增大而变长,同时在温度作用下,磁流体的链状结构也随温度上升而遭到破坏,这证明理论仿真的有效性和可行性。(2)基于磁流体微观结构的仿真结果进一步从理论上研究磁流体的光学特性,同时进行了实验研究。理论上,在磁流体微观结构模型建立的基础上,在X和Y方向上进行无数次的拓展,在Z轴方向上进行有限次拓展之后得到实际磁流体薄膜尺寸的模型,利用米氏散射原理,运用光在磁流体薄膜中传输的概率模型,对光的传递过程进行了仿真模拟,得到了不同方向的磁场作用、不同厚度、不同浓度的磁流体薄膜在波长范围为1μm～15μm的透射率变化情况。实验上,设计光纤准直支架,保证了两个准直器的透射率高达86%,搭建了光路系统,设计与实现了光信号探测模块及数据采集系统,进行了磁流体薄膜在1550nm波长处光学特性的实验研究,在一定误差允许下,实验结果与理论的模拟结果相符合。(3)基于磁流体光学特性,将磁流体与光纤FP干涉仪相结合,提出了基于磁流体填充的光纤FP磁场／电流传感器。利用显微镜、六维调整架等设计了并搭建了磁流体填充的光纤FP传感器的制作平台,控制精度可达0.5μm。首先研究了空气腔光纤FP传感器和酒精填充的光纤FP温度传感器,有效证明传感器的结构以及粘接方式的合理性,降低外界温度对传感器结构的影响,掌握了液体填充技术以及相应的密封技术,实现了基于磁流体填充的光纤FP磁场传感器。恒定温度为28℃,磁场为0Gs到400Gs范围作用下,该传感器的灵敏度在理论上达0.046nm/Gs,实验上达0.0431nm/Gs。(4)为了解决磁流体的温度和磁场交叉敏感的问题,对磁流体填充的光纤FP传感器进行完善,采用了将光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)和FP传感器相结合的方法,科学合理的设计出基于磁流体填充的FBG-FP传感器,借助FBG温度敏感特性,实现温度测量,补偿温度对磁流体特性的影响。通过对传感原理的推导,该结构不仅能够实现了温度补偿,同时还能够实现双参数测量,仿真结果证明其可行性,并得到理论的磁场灵敏度和温度灵敏度分别为0.0456nm/Gs和0.0133nm/-℃。本文从理论上和实验上,同时研究磁流体微观结构同磁场和温度的关系,以及相应情况下的光学特性。并将磁流体应用到光纤FP干涉仪上,形成新型磁流体填充的光纤FP传感器,实现磁场测量。并通过进一步的设计,理论上使用了光纤光栅实现了传感器的温度补偿,以及证明该传感器能实现温度磁场双参数同时测量。