在传感技术领域中,光纤传感由于其独特的优良特性受到了全世界研究者的青睐,经过几代研究工作者的共同努力,光纤传感已经在各种工程领域得到了广泛应用,并且扮演着有不可替代的角色。近年来,随着工程领域中的传感需求不断朝着多元化的方向发展,传统单一结构的光纤传感器正面临着传感能力需要进一步提升的问题,发明新型的光纤传感器以满足多元化的传感需求是研究者面临的一大挑战。针对这一问题,本论文立足光纤传感技术前沿,开展了光纤传感技术学科与材料学科交叉融合的研究,实现了光纤传感器在传感功能上的提升。在众多类型的材料中,氧化石墨烯与光纤的结合具有天然的优势:氧化石墨烯的功能化特性可为传统的光纤赋予新的传感功能,光纤作为光传输波导可为氧化石墨烯提供性质稳定的承载基底,两者的结合相辅相成,形成的新型传感器件兼具两者各自的优势,凸显出了重要的研究价值和应用潜力。然而,作为一个学科交叉的新型研究课题,基于氧化石墨烯的传感器件特别是光纤传感器件大多还处于实验研究阶段,真正应用到实际工程中还面临着诸多复杂的技术难题,需要在器件的结构设计、制作工艺以及系统的硬软件实现和性能优化中做大量的工作。在国家自然科学基金项目的支持下,在本团队对光纤传感技术20多年的研究基础上,本论文进一步拓展了对光纤传感技术的研究,开展了基于氧化石墨烯的光纤干涉传感技术研究。利用氧化石墨烯气体敏感的化学特性,提出和实现了基于氧化石墨烯的光纤气体传感器,并使用金属纳米粒子掺杂的表面修饰方法,进一步提高了氧化石墨烯对气体传感的灵敏度。利用氧化石墨烯声波敏感的机械特性,提出和实现了基于氧化石墨烯的光纤声波传感器,并不断优化结构和改进信号解调方法,使声波传感器达到了实用化水平,并成功在无源安防侦听和管道泄漏监测领域得到了应用。本论文的主要研究工作如下:（1）研究了氧化石墨烯成膜工艺,使用液相沉积的方法,简单有效地在光纤表面形成了氧化石墨烯/光纤复合波导结构,实现了氧化石墨烯与光纤的有机结合;后续通过改进氧化石墨烯成膜工艺,掌握了大面积悬空、厚度可控的氧化石墨烯成膜技术。这些研究工作为后期的基于氧化石墨烯的光纤气体传感器和光纤声波传感器研究奠定了坚实的基础。（2）研究了氧化石墨烯的气体吸附传感特性,制作了基于氧化石墨烯的微光纤环气体传感器,并揭示了氧化石墨烯针对不同类型气体的传感特性,实现了对一氧化碳有0.35 pm/ppm和对氨气有0.17 pm/ppm的探测灵敏度。为了进一步提升氧化石墨烯对气体的传感灵敏度,使用铂金属纳米粒子对氧化石墨烯进行掺杂的方法,制作了基于氧化石墨烯的增敏型微光纤气体传感器,与没有进行掺杂的氧化石墨烯传感器相比,掺杂后的氧化石墨烯传感器对氨气传感的灵敏度提高了2倍,实现了对氨气为10.2 pm/ppm的高灵敏度传感。（3）首次把氧化石墨烯薄膜作为声波敏感元件,利用氧化石墨烯厚度极薄并且柔韧的机械特性,制作了基于氧化石墨烯膜的光纤声波传感器。光纤与氧化石墨烯膜形成的法珀微腔干涉结构,可对微弱的声波信号进行高灵敏度探测,通过对传感器结构参数的优化,将声波传感的最小探测声压降至2.3μPa/Hz^1/2,比常规的电学声波传感器灵敏度高出25倍;此外,该传感器对声波探测的动态范围可达-18.7—80.4 dB（ref 20μPa）,对声波具有线性的声压响应、平坦的频率响应以及全指向形的传感特征。针对光纤法珀型干涉传感器的工作机理,提出了一种三波长自适应解调方法,解决了光信号解调中的温漂问题和解调信号不稳定问题,最终完成了声波探测系统样机的研制并成功应用于实际工程中。（4）实现了光纤声波探测系统在无源安防侦听领域的实际应用,对语音声波的侦听范围可达50 m²。并根据应用场合的具体需求,进行了对系统的功能化改进,运用离线的维纳滤波算法和实时的软件信号处理,完成了对探测到的语音信号进行去噪功能。该系统的前端探头无源、无金属、抗电磁干扰等特点,可弥补目前电学侦听设备的天然缺陷,具有较大的应用价值。实现了光纤声波探测系统在管道泄漏监测工程中的实际应用,单个传感器的泄漏监测距离可达40 m,利用准分布式的传感器阵列方案,对管道的监测长度可达1 km。通过对管道泄漏信号的特征提取,使系统具备了只针对泄漏情况进行报警的功能,降低了误报率,极大地提高了工作效率。通过时分复用技术,使系统具备了准分布式的监测功能,在增加了监测范围的同时也节约了系统本身的成本。现场测试结果显示了该系统在管道泄漏监测领域巨大的应用潜力。