为提高系统的测量范围、灵敏度与线性度, 利用拉锥光纤替代均匀光纤, 进行表面等离子共振光纤传感器性能优化研究.通过大功率激光熔融拉锥工艺, 结合圆环靶磁控溅射制备了锥形光纤等离子共振探头;利用光纤光谱仪, 在1.33-1.43RIU折射率变化范围内, 以探头的表面等离子共振吸收谱对称性、吸收谱半高全宽的稳定性, 以及探头共振吸收波长分辨率为指标, 进行探头性能测试与筛选;利用筛选出的探头, 基于调频光谱原理构建闭环检测系统;在相同检测对象与检测环境条件下, 以阿贝折射率仪测量结果为参照, 对均匀探头与锥形探头的检测结果进行比较.结果表明, 在1.33-1.43 RIU范围内, 相对于均匀光纤探头0.00032 RIU的测量准确度、2 600 nm/RIU的波长分辨率, 锥形探头可在较大折射率变化范围内, 以较好的线性度, 实现0.00003 RIU测量灵敏度和约4 500 nm/RIU的波长分辨率.

基于调频光谱原理，提出一种可用于在线测量的表面等离子体共振光纤传感器结构。理论分析、数值仿真和实测结果表明，基于表面等离子体共振效应的光纤传感头，相当于具有中心对称吸收谱的吸收介质，且吸收峰中心波长随待测折射率的增加而红移；基于此吸收谱函数，以微分光谱替代直接光谱测量,可有效克服吸收峰处一阶微分谱为零对测量灵敏度的消极影响；参考光路及闭环负反馈结构的引入，可有效抑制源于光源和光路中光强波动等的影响。以镀有50 nm厚金薄膜的多模石英光纤组成传感头，搭建相应的闭环系统，对折射率为1.33000～1.43000范围内不同液体进行折射率测量，并与阿贝折射率仪、光纤光谱仪及理论仿真结果进行比较。结果表明, 在1.33200~1.37580 RIU(RIU表示单位折射率)范围内，测量精度可达0.00016 RIU，与波长分辨率为0.4 nm的光谱仪测量结果精度相当；在1.37500~1.42640 RIU范围内，测量精度可达0.00071 RIU，优于0.00090 RIU的光谱仪测量结果，较好地验证了该方案用于在线测量的可行性和检测结果的可靠性。