油气田勘探、生产测井在资源勘探开发和高效采油等方面具有重要的意义。井下多参量检测有助于全面认识地下地质面貌、发现和评价油气层、获取钻井、录井第一性资料。光纤传感器因为自身的优势(体积小、抗电磁干扰、灵敏度高、易于复用等特点)将在该领域具有广泛的应用前景。本论文研究中,制作了基于干涉型和光纤Bragg光栅型(FBG)的光纤传感器,分别实现了多种参量的测量,对这些光纤传感器进行了深入的结构特性和实验测量研究。本论文的主要研究工作包括：1.制作了两种光纤温度传感器。(1)通过在单模光纤端面涂覆一定厚度的聚乙烯醇(PVA)薄膜制作了一种Fabry-Perot (FP)干涉结构,由于PVA材料较大的熟膨胀系数,该FP干涉结构对环境温度变化具有高灵敏响应特性。此外,可以通过改变腔体的长度改善该结构的温度灵敏度,实验测得温度灵敏度可达319 pm/℃。但由于PVA材料在高温(>100℃)时会发生醇解等反应,影响传感性能。(2)为了能够满足高温测量需求,选择保偏光子晶体光纤(可耐高温至1100℃)作为传感光纤,干涉结构的制作主要是通过将一段6 cm长的保偏光子晶体光纤与单模光纤熔接,基于Sagnac干涉,输出光谱表现为清晰的干涉光谱。利用该结构测量了1050℃的高温,并通过重复退火过程,消除了传感自身的高温迟滞,改进了温度测量的重复性。此外,该结构的温度灵敏度为12 pm/℃,比传统的基于保偏光子晶体光纤的温度传感器提高了约30倍。2.制作了几种折射率传感器,并利用了其中的两种准MI干涉结构实现了液位测量。(1)通过将10 mm长的多模光纤熔接于两根单模光纤之间制作了一种多模干涉结构,并在该结构上级联了一个光纤Bragg光栅(FBG),利用该级联结构实现了折射率和温度同时测量,同时,为提高传感器的折射率响应灵敏度,使用氢氟酸对多模光纤进行腐蚀处理,腐蚀后的多模干涉结构折射率灵敏度可达到800 nm/RIU。(2)通过将一段单模光纤熔接于两段2 mm长的细芯光纤(纤芯直径小于单模光纤纤芯直径)之间构成一种Mach-Zehnder (MZ)干涉结构,基于中间单模光纤包层中包层模对环境折射率变化敏感响应,因此该结构可用于折射率测量,灵敏度为158.88 nm/RIU。上述两种结构均为波长型折射率计,对环境温度的变化引起的交叉敏感主要是通过级联其它光纤装置来补偿。(3)通过将5 mm长的细芯光纤与多模FBG近距离熔接制作了一种新型折射率传感器,多模光纤的包层和纤芯直径分别为125μm和50μm,传感结构的光谱呈现出清晰的梳状分立反射峰,利用包层模反射光谱峰值强度实现了折射率高灵敏测量,灵敏度为116.27 dB/RIU,同时环境温度的变化仅改变反射波长,不影响反射强度。(4)通过在单模光纤上熔接一段2 mm长的多模光纤,多模光纤后再熔接一段50 mm的单模光纤做为干涉臂,单模尾纤端面镀上银膜作为反射镜,制作了一种准Michelson干涉结构,由于在单模尾纤包层传输的包层模对折射率敏感响应,基于该机理实现了三种不同折射率液体(1.3341、1.3672、1.4018)的液位测量,对应的液位灵敏度分别为49.8pm/mm、68.7 pm/mm、88.7pm/mm,反之可以通过液位灵敏度反应被测液体的折射率,利用2 mm的细芯光纤代替多模光纤,制作出了类似的准Michelson干涉结构,并利用该结构进行了液位测量,灵敏度为68.3 nm/mm,比上述液位传感器的灵敏度有所改善,相应的液体折射率灵敏度为1200.61 (nm/mm)/RIU。3.制作了几种光纤应变传感器。(1)通过将一段6mm长的细芯光纤与单模FBG近距离熔接构成传感结构,其中细芯光纤主要用于包层模的耦合和复耦合,反射的一阶奇模强度对光纤弯曲敏感响应,反射波长对温度变化灵敏,因此利用该结构实现了位移和温度的同时测量。但是该结构中细芯光纤长度对反射谱的影响较大,从而使得结构制作的重复性较差。(2)通过利用248 nm紫外激光器在细芯光纤纤芯(直径为31μm)上刻写FBG,并熔接于单模光纤,两种光纤纤芯的模场失配引起了包层模的耦合和复耦合,该FBG的反射光谱也呈现出清晰的梳状分立反射峰。实验中,利用包层模反射强度随光纤弯曲的变化实现了微位移测量,灵敏度为6.34 dB/mm。此外环境温度的变化仅调制反射波长,可以有效避免温度交叉敏感。(3)利用保偏光子晶体光纤熔接单模光纤制作Sagnac干涉结构可以测量弯曲角度的变化,这主要是由于随着光纤弯曲角度量的增加,其内部双折射改变,导致干涉波长发生漂移。该结构的弯曲角度测量范围为-800-80°。此外,由于保偏光子晶体光纤弯曲方向相关性,该结构可以实现弯曲角度方向的识别,但是该角度计的灵敏度较低,而且环境温度改变引起的波长漂移需通过其它装置补偿。(4)通过将一段5mm长的细芯光纤(纤芯直径为4.4μm,包层直径为80μm)与中心孔状光纤(空心光纤,纤芯直径为30μm,包层直径为150μm)熔接构成混合型干涉结构(多模干涉+FP干涉)。随着弯曲角度量的增加,干涉强度发生变化,在-40-4°范围内表现出高灵敏响应特性。(5)利用248 nm紫外激光器在领结型保偏光纤上刻写FBG,该光栅的反射光谱呈现出两个分立反射波长(相应基模的两个正交偏振态),基于偏振态耦合机理,利用一段10 mm保偏光纤作为传感区实现了温度不相关的矢量压力测量,其中最大压力线性响应灵敏度为23.16 dB/N。(6)上述的几种传感器主要检测了静态应变量的变化。利用800 nm激光器在细芯光纤的纤芯和包层(直径分别为4.4μm和1201μm)上同时刻写FBGs。“包层"FBG反射的包层模强度对光纤弯曲灵敏,而且非对称分布于纤芯一侧,因此基于能量解调方式,利用“包层"FBG反射实现了方向相关的加速度测量。