随着光子轨道角动量光束的不断发展,基于轨道角动量技术的光纤传感器正受到研究者的广泛关注,将轨道角动量与光纤传感相结合是未来光纤传感技术发展的重要方向之一。基于轨道角动量光束的光纤传感器因具有灵敏度高、体积小、耐高温、抗电磁干扰等优点正成为光纤传感领域的研究热点。在研究轨道角动量光束和光纤传感技术的基础上,本文着重于如何在光纤中产生轨道角动量,并将产生的轨道角动量与光纤传感技术相结合。通过利用轨道角动量光束的特性,分别提出光纤光栅温度传感和光纤应变传感系统用于实现高灵敏度测量。在查阅大量相关文献的基础上,本文主要研究内容如下:(1)为解决传统光纤温度传感器和光纤应变传感器测量过程中存在的问题,将光纤轨道角动量光束引入光纤传感领域,提出基于轨道角动量光束的光纤传感器来实现温度和应变的测量。(2)研究了轨道角动量光束的产生原理,通过对光纤模式理论进行分析,推导出光纤直径沿纵向变化时,模式间会发生功率交换。根据光纤中轨道角动量产生理论,用Rsoft对单模和少模光纤结构参数进行仿真分析。最后,确定结构参数并提出一种光纤中产生轨道角动量光束的方案。(3)设计并搭建光纤中产生轨道角动量的实验装置,研究了单模-少模光纤错位结构的制作工艺并设计一种光纤旋转装置,对光纤中轨道角动量光束的产生进行实验研究并分析实验现象及结果。设计轨道角动量光束验证实验,确定实验中产生的圆环光束是否为轨道角动量光束。(4)提出并设计基于轨道角动量光束的光纤光栅温度传感器实现温度测量,研究结果表明,通过调整光纤光栅的结构参数,传感器的温度测量范围可以调整并给出温度测量范围、灵敏度和分辨力之间的关系。当低温测量范围为0～15℃,传感器的温度灵敏度可以达到23.8°/℃,能分辨的最小温度变化为9.6×10-3℃,高于传统光纤光栅温度传感器的分辨力。(5)设计并制作一种基于轨道角动量光束的光纤应变传感器,并对应变特性进行实验研究,通过理论分析研究了光纤应变传感器的测量原理,并验证了传感结构的可行性。通过主成分分析法提取图像中所包含的应变信息,在0～100με范围内传感器应变灵敏度为6.3×10-3a.u/με,理论上能分辨的最小应变变化为5.61×10-4με。通过使用敏感材料和改善结构参数,可以提高这种光纤应变传感器的灵敏度。