分布式光纤传感技术集传感与传输于一体，可获取沿光纤链路上随时间变化的多维信息数据，具有大容量、高灵敏度、小型化等优点，并且可以用于多种特殊环境中实现长期稳定的测量，其在精准制造、医疗健康、环境监测等领域具有很好的发展潜力。近年来，随着科技发展和社会进步，这些领域对传感空间分辨率的需求日益提升，需要达到厘米甚至毫米量级的分辨率，以获取更精细的多维信息数据。传统分布式光纤传感技术主要采用普通光纤作为传感载体，为了提升空间分辨率，在光源、光探测和信号处理技术等方面开展了许多研究工作，取得了良好的成效，但是也带来系统的复杂度和成本的提高。采用新型传感光纤是另一种有效提高传感空间分辨率的方法，可以针对不同应用场景灵活设计，并同时兼顾传感容量和传感距离。
　　本论文工作主要围绕高空间分辨率的分布式光纤传感技术，从传感光纤设计和信号解析技术开展创新研究，分别针对超高分辨、超大容量和超长距离传感需求设计并研制了三种新型纵向微结构传感光纤，并以此为载体进行了分布式传感机理研究及传感系统开发和应用探索。论文主要内容包括：
　　(1)针对高空间分辨率分布式传感需求，开展基于光纤纵向微结构改性的新型传感光纤基础理论与制备研究。研究光纤改性制备机理以及纵向微结构光纤的传感机理和信号解调技术。针对纵向微结构光纤制备工艺需求，设计放纤装置，收纤装置，应力控制装置等核心模块，开发多功能光纤微结构连续刻写平台，能够实现均匀和非均匀光纤光栅、微腔结构以及局部散射增强点等多种微结构沿光纤轴向的连续刻写和空间分布灵活调控。光纤的移动速度可在6mm/min~10000mm/min范围内精确调控，微结构刻写精度为5μm，可制备光纤最长距离达到50km，实现纵向微结构光纤的自动化批量制备。
　　(2)针对超高空间分辨率的短距离分布式检测需求，提出并研究具有多信道特性的连续微结构光纤光栅及其传感技术。采用层剥离算法以及群时延调控方法设计空间上相互分离的多波长信道的连续微结构光纤光栅，并基于无缝紫外刻写技术实现21信道的连续微结构光纤光栅制备；研究多信道光栅的温度传感特性，提出了基于波长信道追踪的解调方法，对均匀温度场、梯度温度场、辐射温度场进行分布式传感的实验研究，实现了63mm范围内的实时温度场监测，空间分辨率达到3mm，最大可测量温度梯度为7.85℃/mm。
　　(3)针对超大容量的高空间分辨率传感传感需求，提出了弱反Fabry-Perot(FP)微结构光纤及其分布式传感技术。设计具有波长和频率二维编码能力的弱反射FP微腔结构及其单纤复用方案，理论分析表明在10mm空间分辨率条件下可实现单纤243单元的复用，检测长度可达2430mm，相比于一维波长编码技术提高一个数量级；进一步，针对消化道动力监测对高压力灵敏度的需求，提出基于聚合物材料柔性封装的侧向压力增敏方法，建立理论模型并通过有限元分析方法仿真计算了封装材料的弹性模量、泊松比、直径等关键参数对压力的增敏规律，通过参数优化实现传感光纤对侧向压力的灵敏度提升700倍；研制了基于可调谐FP滤波器以及光谱傅里叶变换方法的传感解调终端，进行了静态和动态压力实验研究，实现了120cm/min的动态压力波监测，分布式压力传感空间分辨率可达10mm，压力灵敏度为2.2MPa/nm，压力分辨率0.46kPa，压力传感范围0~40kPa。
　　(4)针对超长距离的高空间分辨率传感检测需求，提出了散射增强微结构光纤及其分布式传感技术。通过在光纤中构建等间距分布、强度渐变型的散射增强点突破系统动态范围对传感距离的限制，并进一步采用分段调控使得无中继传感距离达到90.5km；通过单脉冲激光曝光的方式在单模光纤纤芯上引入局部缺陷并结合连续绕纤方式，研制17km长的后向散射增强微结构光纤，实现后向散射信号强度提升约5dB。针对石油运输储存、废水处理等领域的大动态范围高精度液位监测需求，研究基于散射增强微结构光纤的高分辨率分布式液位传感技术。提出了基于气液接触面上气相和液相的温度突变效应的大范围液位监测技术，进一步通过缠绕式封装提高液位测量的灵敏度和空间分辨率，并结合相干相位解调技术实现高分辨率的动态液位测量，实验上获得了74μm的空间分辨率，基于制备的17km微结构光纤，液位测量范围可达85m。