空芯纯石英光纤以其优良的耐高温特性和独特的空气孔微流通道结构在高温高压传感、气体及微流体传感领域具有重要的研究意义与应用价值。温度和压力作为反映工程结构健康状态的重要参量,其测量在工程领域至关重要。随着科技发展和工业技术的进步,高温和高压的测量在航空航天、石油化工、深海探测、冶金工业等领域愈加重要。光纤传感器以结构小巧、灵敏度和集成度高以及在线分布式测量等特点被广泛应用于温度、压力及其他物理、化学和生物量的传感。在众多光纤传感技术中,光纤微腔白光干涉测量术不仅不受光源功率波动的影响,还能进行参量的绝对测量,是研究热点之一。论文选题来源于国家自然科学基金“航空发动机高温材料/先进制造及故障诊断科学基础”重大研究计划项目:“面向航空发动机状态监测与故障诊断的高温动态光纤传感机理及关键技术研究”。系统研究了空芯光纤微腔干涉型高温高压传感技术,包括:空芯光纤微腔干涉仪的设计与制备、高温高压传感原理与信号解调技术、高温高压一体化传感和高温动态气压传感等方面的研究。本论文主要内容如下:1.系统地研究了空芯光纤微腔干涉仪的制备技术。攻克了空芯光子带隙光纤与普通单模光纤的低损耗熔接、不同类型空芯光纤的精密切割、空芯光纤单腔/复合微腔的制备、空芯光纤微腔马赫-增德干涉仪（MZI:Mach-Zehnder Interferometer）和封闭式、开放式微腔法布里-珀罗干涉仪（FPI:Fabry-Perot Interferometer）的制备以及飞秒激光制备空芯光纤侧边微流通道阵列等关键技术。探索和总结出了基于电弧放电热加工和飞秒激光微加工工艺的一整套空芯光纤加工和多种微腔（单腔/复合腔、封闭腔/开放腔）传感器的制备方法。2.研究了光纤微腔干涉型传感器的信号解调技术,包括白光干涉波长解调、相位解调和激光干涉动态解调三种不同方法。分析了波长解调精度、探测极限与白光干涉光谱的Q值、信噪比之间的关系。介绍了傅里叶相位法、傅里叶主频法、波数域傅里叶变换相位法、相移测量法和步进相移测量法等几种白光干涉相位解调方法,对比了各种相位解调方法的优缺点。初步研究了光纤微腔激光干涉动态解调方法。3.提出并实现了一种空芯光纤MZI高温传感器。实验研究了传感器的高温响应和褪火特性。为了消除空芯光纤微腔MZI制备过程中引入的应力,提出了空芯光纤微腔FPI探针式高温传感器,实验证明该传感器在1100℃的测温范围内无需高温褪火即具有极高的测量线性度（0.99）和重复性。4.提出并实现了一种基于开放型气体微腔FPI的高压传感技术。利用气体折射率与气压的线性关系,克服了封闭腔气压传感器稳定性差、线性度低、制备重复性差等缺点。在0-10 MPa气压测量范围内,实现了传感器的高波长灵敏度（4.17 nm/MPa）和高测量线性度（0.9999以上）。进一步通过使用低损耗空芯光子带隙光纤制备了超长开放型微腔FPI,结合相位解调实现了传感器相位灵敏度134.05μm/MPa,证明了相位灵敏度随腔长成正比提高的特性,为微弱压力和动态声压传感提供了一条新的途径。5.设计和制备了一种石英/空气复合微腔FPI高温高压一体化传感器,结合相位解调算法实现了高温高压同时测量。将不同内径的空芯光纤级联,形成了石英腔（封闭腔）和空气腔（开放腔）复合微腔,并利用石英材料的大热光系数和气压不敏感特性实现高温测量,利用气体折射率的压力敏感、温度不敏感特性实现高压测量。通过对复合微腔干涉光谱进行快速傅里叶变换和带通滤波,实现了两套微腔干涉信号的光谱分离,对分离后干涉光谱分别做相位解调,实现了高温（800℃）和高压（10 MPa）一体化测量。6.初步研究了激光干涉动态气压传感技术。进行了初步声压传感实验,证明了这种开放微腔用于动态声压传感的可行性。进一步提出了通过增大空气微腔开放程度实现高频声波传感的构想。本论文理论结合实验,按照“理论设计?器件制备?传感测试?信号解调?优化提升?应用拓展”的思路进行研究,集器件制备和传感解调为一体,对空芯光纤微腔干涉型高温、高压及高温高压一体传感技术进行了详细全面的研究。未来将进一步研究空芯光纤微腔干涉型传感器在高速动态气压传感、超高温气压传感、气体成分检测等领域的应用,并将积极探索空芯光纤微腔干涉型高温高压传感器在航空航天等领域的应用。