柑橘是我国总种植面积最大的水果，改进其品质筛选方法能够降低劳动成本并有效提升产业经济收益。本文利用蒙特卡罗法对柑橘的近红外光检测进行模拟仿真，根据柑橘三层结构建立了具有不同吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子的三层球形光学模型。同时，综合考虑光子入射轨迹、曲面边界对光子运动轨迹的影响以及收集的反馈信息，搭建了柑橘品质近红外检测的仿真系统，并设计了一种收发一体的多功能光纤探测器。结果表明，所设计的光纤探测器可以实现对果肉层光子的选择性探测，有效提高了柑橘内部品质信息的检测灵敏度。

高精度的单细胞温度分布检测对于研究生命活动具有重要意义。为了实现高空间分辨率、高温度灵敏度的细胞测温，本研究团队基于原子力显微镜的扫描成像原理，将对温度敏感的量子点与音叉驱动的近场光纤探针相结合，提出了一种无损伤测量活细胞表面温度分布的方法；并以人脑星形胶质母细胞瘤细胞为研究对象，利用该方法检测了吞金纳米颗粒的固定细胞和未内吞金纳米颗粒的活细胞的温度分布。结果表明：在无金纳米颗粒作为附加热源的情况下，由活细胞内部产热引起的细胞表面最大温差超过0.5 ℃，而细胞与其外部环境间的温差大于2.5 ℃。所提活细胞无损测温方法的空间分辨率小于0.2 μm，温度分辨率为0.16 nm/℃，为活细胞温度分布成像提供了新思路。

硅锗合金在非平衡条件下凝固时容易出现成分偏析，光纤制备过程带来的成分分布不均匀问题会导致很高的光纤损耗。利用CO2激光对半圆柱硅棒和锗棒拼接法制备的硅锗芯石英包层光纤进行热处理，研究不同处理条件对纤芯成分分布的影响。实验结果表明，在激光扫描方向上的边缘区域可形成连续的富硅硅锗合金，并且越靠近该边缘区域，纤芯的成分分布越均匀。本研究为制备和优化硅锗芯光纤，实现纤芯均匀的成分分布提供了方法。

由于热极化将破坏光纤石英玻璃材料的中心反演对称性, 使其产生二阶光学非线性效应和线性电光效应, 二阶非线性效应越大, 光器件的应用价值越高。设计了一种哑铃型双孔石英玻璃光纤, 采用载流子模型和有限元法, 数值仿真分析了哑铃型双孔石英玻璃光纤热极化过程中离子的运动和空间电荷区的形成。研究结果表明: 哑铃型双孔热极化石英玻璃光纤在纤芯中心的二阶非线性系数为0.3204 pm/V, 比圆型双孔光纤高0.0678 pm/V。

为了解决光纤传输的信号衰减和容量限制的问题, 利用改进的化学气相沉积(MCVD)法制备了硫化铅(PbS)掺杂环形芯光纤, 并且搭建反向泵浦光放大实验装置实现了在C波段的宽带放大, 为后续利用PbS掺杂光纤实现少模光纤放大器提供了可能性。实验结果表明: 随着泵浦功率的增加, 样品光纤在C波段的开关增益增大; 而随着信号功率的增大, 开关增益减小; 当泵浦功率为750 mW、信号光功率为0.003 nW时, 样品光纤在C波段的开关增益为8 dB左右。

提出一种基于非本征法布里-珀罗腔的新型光纤声发射传感器。采用数字光处理3D打印技术制备声振动敏感膜片,该结构基于灵活的数字模型设计,可一次成型,易于与标准光纤陶瓷插芯表面集成。实验结果表明:所制备的法布里-珀罗传感器具有较高的消光比;该声发射传感器在频率为600 Hz~2.4 kHz时具有较高的灵敏度,在频率为1.6 kHz时,声压灵敏度为2.81 mV/Pa。基于3D打印技术的光纤声发射传感器具有稳定性好、制备工艺简单等优点,在声发射检测领域具有潜在的应用前景。

普通单模光纤的喇曼增益低, 严重制约了喇曼放大器的发展。因此, 研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品, 并测得其传输损耗谱和喇曼光谱, 实验结果表明: 硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下, 分别进行了喇曼放大实验, 相比于普通单模光纤, 硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。

半导体芯光纤因其特殊的光电特性而受到广泛关注。由于纤芯和包层材料之间的性质差异, 制备高质量的半导体芯光纤比传统掺杂石英玻璃光纤更为困难。以锗芯光纤为研究对象, 通过有限元法, 模拟仿真了激光拉制锗芯光纤的动态过程, 研究了拉制过程中芯层锗和包层石英玻璃材料的流速差异, 以及不同拉丝速度对其流速差异的影响。仿真结果表明: 在预制棒颈缩区, 芯层锗和包层石英玻璃材料的流速差异最大, 且不同拉丝速度对预制棒芯层锗和包层石英玻璃材料的流速影响不同。

光纤法布里-珀罗(F-P)腔传感器作为温度传感器, 应用广泛。提高光纤制作材料及成分的光电特性有利于提高温度传感器的灵敏性。基于光纤熔接与抛磨技术制备了一种基于硅锗芯光纤的F-P腔温度传感器, 其制备过程为: 先用优化的熔接参数将普通单模光纤与硅锗芯光纤熔接, 再通过光纤抛光的方式抛磨硅锗芯光纤, 其长度可通过观察抛磨过程中反射光谱的自由光谱范围精确控制。实验结果表明: 熔接端面光滑平整, 其反射光谱的强度比单模光纤平端高7.7 dB; 硅锗芯光纤F-P腔传感器具有较高的温度灵敏度, 可达116.1 pm/℃。

提出了一种在环形芯光纤中激发高阶涡旋光模式的方法,通过控制锥形微透镜单模光纤与环形芯光纤之间的倾斜角度和错位距离,实现了高阶涡旋光模式的激发。由数值模拟与实验测试结果可知,倾斜角度和错位距离分别约为8°和2 μm时,高质量的二阶涡旋光模式被激发。此外,由于锥形微透镜光纤具有聚焦光束的特性,其倾斜错位激发可以提高光的耦合效率,该方法与使用普通单模光纤的错位激发法相比,光的耦合效率提高13%左右。激发出的高阶涡旋光模式在高分辨率显微镜、光学微观操纵和光学传感等应用领域中具有巨大的应用潜力。