光纤In-line马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构小而紧凑、灵敏度高、灵活性强、抗电磁环境干扰,耐受性强,是一类重要光纤传感结构。然而目前报道的常规In-line MZI 的传输光谱的输出光强随波长呈现均匀单调的周期性变化,因此大多数基于检测常规In-line MZI的传输光谱中干涉峰/干涉谷的波长移动传感方案在长期测量中存在波长难以标记、连续跟踪与锁定,测量范围受到光谱的周期性限制等问题。并且在单个被测参量的影响下,由于传输光谱的输出光强随波长为均匀周期性的变化,工作波段内干涉峰/干涉谷的波长灵敏度一致,从而无法采用单一的干涉仪进行多参量同时检测,从而限制了常规In-line MZI的应用和发展。通过级联两个常规光纤干涉结构,可对单个光纤干涉仪的传输光谱形成均匀周期变化的包络调制谱线,通过检测包络谱线的干涉峰/干涉谷随被测参量的变化,可将单个光纤干涉传感结构中传输光谱的波长灵敏度增加一个数量级以上。然而,均匀周期变化的包络谱线同样限制了包络干涉峰/干涉谷的可识别度、测量范围和可同时检测的参数个数。在基于模式间干涉的In-line MZI中,当发生干涉的两个模式的群速度相等或群光程差为零时,此时对应的波长点称为等效波长,在传感中又称为特征波长（CWL）。在CWL处,模间干涉仪的传输光谱中输出光强不随波长发生周期性变化,在传输光谱中唯一且有高度可识别性,从而完全不同于常规光纤干涉仪的传输光谱中的干涉峰/干涉谷。本文通过对光纤模式间干涉的In-line MZI的传输光谱中的CWL及CWL两边干涉峰/干涉谷的传输及传感机理的理论研究,提出了提高光纤模式间干涉仪的传输光谱中波长灵敏度的一般规律。针对单个及级联常规光纤干涉仪在传感应用中存在的问题,提出了基于CWL及CWL两边干涉峰/干涉谷的大范围被测物理量检测传感方案、高灵敏度传感方案、多个被测物理量同时检测传感方案。采用一种特殊设计的少模光纤（FMF）,在对轴激发的条件下,在工作波段FMF芯子中仅有基模LP01和第一个圆对称高阶模LP02模传输,通过将FMF两端与单模光纤（SMF）熔接,构成SMF-FMF-SMF（SFS）结构,其传输光谱在工作波长范围内可检测到一个CWL。通过理论和实验研究SFS结构的传输光谱中CWL及CWL两边波段中干涉峰随多个被测物理量（温度、静态压力、应变、折射率）的波长移动,将基于检测CWL及CWL两边干涉峰/干涉谷的传感方案应用于基于SFS结构的传感器中,实现折射率、温度、应变、静态压力的大范围检测;温度、应变、静态压力的高灵敏度测量;温度与应变、温度与静态压力的多参量同时检测的光纤传感方案,对于提高基于模式间干涉的光纤干涉仪的测量范围、灵敏度及可同时测量的物理量个数有普遍的指导意义。根据对CWL两边波段干涉峰/干涉谷的波长灵敏度一般规律的研究,从提高波长灵敏度的角度出发,理论研究FMF纤芯和每一层内包层对纤芯中传输的LP01-LP02模式的传播常数差随波长变化曲线的影响,提出了 FMF结构优化方案。通过级联传输光谱中具有CWL的SFS结构,对单个SFS结构的传输光谱构成变周期的包络调制,通过理论和实验研究包络曲线的CWL及其两边干涉峰随被测物理量的波长变化,利用游标效应将单个SFS结构的传输光谱中干涉峰/干涉谷及CWL的波长灵敏度提高一个数量级以上,并应用于静态压力、温度的大范围、高灵敏度、多参数的传感测量。