双光子聚合技术制备的结构具有高分辨、高精度和生物兼容性等特点,在微机械、微光学和生物医疗等领域已被广泛应用。近年来,有人利用双光子聚合技术在光纤端面制备聚合物微结构对光纤的输出光场进行调制,有效地避免了集成器件中复杂的光电转换系统,在集成器件中有着重要的应用价值。光纤传感器因具有体积小、重量轻和抗电磁干扰等特点在器件的集成化发展中也发挥着重要的作用。然而,传统的光纤传感器受光纤材料本身固有特性的限制,如热膨胀系数低、杨氏模量大,在用于对温度、应变和声波等参数传感时,其灵敏度很难得到进一步提高。本文中,作者提出将飞秒激光双光子聚合技术制备的微结构与光纤结合获得一种新型光纤传感结构,理论和实验研究其传感特性,实现了高灵敏的温度、折射率和声波传感。具体工作如下:利用双光子聚合技术制备透射式马赫增德尔(Mach-Zehnder,简称MZ)光纤温度传感结构,实现高灵敏的温度传感。利用飞秒激光双光子聚合技术在光纤微腔中制备出一条长300μm的聚合物波导,在光纤内形成MZ干涉。通过精确控制聚合物波导在光纤微腔中的尺寸和位置,获得了高质量的MZ透射干涉谱。其温度传感特性的理论和实验研究结果表明,由于聚合物波导材料的热膨胀系数高达52 ppm/°C,提出的透射式MZ光纤传感结构的温度灵敏度达到了-205 pm/°C。利用双光子聚合技术制备反射式液腔法布里珀罗干涉(Fabry–Pérot,简称FP)光纤传感结构,实现了超高灵敏度的温度传感。利用飞秒激光双光子聚合技术在光纤端面的中心位置制备一个超小体积的长方体密封液体腔,光纤内的光经过光纤端面和聚合物固体壁的两个界面反射,形成了三光束FP干涉。与固态聚合物的热膨胀系数52 ppm/°C相比,液态聚合物的热膨胀系数高达4.5×105 ppm/°C。因此,通过将液态聚合物密封在FP微腔内,使该结构的温度灵敏度达到了877 pm/°C。与同样尺寸的全固态聚合物光纤温度传感结构相比,其灵敏度提高了3倍。利用双光子聚合技术在光纤端面制备超紧凑的开腔FP光纤传感结构,实现了高灵敏的液体折射率传感。利用双光子聚合技术在光纤末端面制备出凯旋门聚合物结构,该结构与光纤端面结合形成一个三光束FP开腔。由于待测液体可以填充到开腔内直接影响FP干涉相位差,其液体折射率传感灵敏度达到1539nm/RIU。在实际测量时,液体折射率大小会受到环境温度的影响,我们采用传感矩阵的方法,利用该结构干涉谱中两个干涉峰不同的折射率与温度传感灵敏度,实现了液体折射率和环境温度的同时测量,提高了液体折射率测量准确度。利用双光子聚合技术制备悬空薄膜FP光纤声波传感结构,通过精确控制干涉长度实现了高灵敏的声波传感。FP光纤声波传感结构的理论分析结果表明,其声压灵敏度与激光的工作波长有关,精确控制FP干涉长度可以使其声压灵敏度最高点刚好固定在激光工作波长1550 nm处。利用双光子聚合技术设计并制备腔长和膜厚分别为16μm和1.5μm的悬空薄膜FP光纤声波传感结构,其反射干涉谱的斜率最大处刚好位于1550 nm。当声波频率为1 k Hz时,悬空薄膜FP光纤声波传感结构的声波灵敏度达到1 V/Pa,线性度达到94.814%。