海水温度、盐度和深度是海洋状态方程最重要的三个参数,与全球气候变化、海上装备运行、海洋资源开发、海洋生物研究等息息相关。传统上用于测量海洋温盐深的为CTD(温盐深仪)系统,其体积庞大、价格昂贵、易受电磁干扰且多为依赖进口。发展新一代国产海洋监测设备可为经略海洋、实现海洋强国提供重要支撑。光纤传感技术具有精度高、抗电磁干扰等特点,可实现对环境参量实时、高效、快速、原位、大规模连续监测。本文针对实际工程应用需求,设计了一种新型光纤温盐深传感器结构,主要研究内容如下:(1)首先对光纤传感技术在海洋温盐深探测的研究进展做了详细介绍,对比总结了光学棱镜型、光纤表面等离子共振型、光纤光栅型、特种光纤型等传感结构的优缺点。(2)提出一种微纳光纤耦合器-迈克尔逊干涉仪(OMC-MI)光路结构,该结构具备两个传感单元,即以大比例倏势场传输的腰区和影响干涉特性的干涉臂。理论推导出传感器的光功率输出公式,且分析了法拉第旋镜抗偏振衰落特性,为选择合适的光学元件以组成OMC-MI提供理论指导。(3)用数值计算方法仿真分析了传感器结构参数如腰区半径、长度及臂差大小对温度、盐度和压力(深度)传感的影响。仿真结果显示,反射谱随温度升高发生蓝移,随盐度或压力的上升发生红移;三个传感器结构参数均影响传感器的输出光谱特性,反射谱的包络由OMC的耦合滤波特性决定,而包络内的干涉细峰则由迈克尔逊干涉仪的臂差决定。通过跟踪特征波长的漂移和干涉峰间距可分别实现腰区传感单元和干涉臂传感单元的解调。同时,文中也分析了传感误差来源并提出两种改进方案。(4)提出温度传感增敏和压力传感增敏结构,并对增敏后的结构进行仿真计算。提出温盐深三参量同步传感方法,并针对OMC-MI特殊的双传感单元结构,分别设计了温度补偿和压力补偿的优化解调方案。(5)实验验证了仿真分析的内容,OMC-MI测试的温度、盐度和深度(压力)最高灵敏度分别达-1007.4 pm/℃、303.7pm/‰和58.1 pm/MPa,其温度和盐度响应性能已初步达到国标二级水平,满足全球大部分海域的温盐测量需求。(6)根据应用环境进行传感器探头封装设计,解决了传感器的深海抗高压性,浅海泥沙、浮游生物对传感器的串扰等问题。同时,该封装设计能使干涉臂传感单元只对温度响应而对压力不响应,从而实现基于温度补偿的多参量传感优化。本文设计的传感器具有灵敏度高、结构紧凑、易于制作、便于集成封装等优点,具备在海洋环境监测实际应用的重要潜质。