人类指尖的指纹图案以及互锁的表皮-真皮微结构在放大触觉信号并将其传递给各种机械感受器方面发挥着关键作用，从而实现对各种静态和动态触觉信号的时空感知。本文报道了一种受指尖皮肤微结构启发的微纳光纤柔性触觉传感器，该传感器具有环形脊的指纹状表面、错峰互锁的微结构以及刚度差异化的树脂/聚二甲基硅氧烷多层结构。通过这些设计特征，传感器能够以高耐久性、高灵敏度（20.58 %N^-1）、快速响应（86 ms）及大动态范围（0~16 N）检测多种时空触觉刺激，包括静态、动态压力和振动，并能够识别物体的硬度和表面纹理差异。该传感器具有结构紧凑、制作简便、易集成、抗电磁干扰等优点，可被应用于机器人皮肤、可穿戴传感器和医疗诊断设备中。

提出一种基于夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与虚拟游标效应结合的高灵敏度温度传感器，进行了理论分析和实验验证。该光纤MZI是通过在两段1 mm长的阶跃型多模光纤之间拼接一段20 mm的渐变多模光纤制成，夹层多模光纤MZI作为游标效应的传感干涉仪，利用信号处理对该光纤MZI的干涉光谱进行变频得到参考干涉仪光谱，通过叠加传感干涉仪和参考干涉仪的波形实现虚拟游标光谱。实验结果表明，在40~100 ℃温度范围内，该传感系统的温度灵敏度为3.884 nm/℃，与单个夹层多模光纤MZI相比，灵敏度提高了37.346倍。与传统的光纤游标传感器相比，所提出的虚拟游标夹层多模光纤温度传感器具有灵敏度极高、尺寸紧凑、制作简单、成本低、结果更可靠等优点。

针对双螺旋结构微纳光纤耦合器（DHMC），理论研究其游标效应的内在机理和光谱特性。实验制备直径为5~7 μm的DHMC，并研究其应变、温度以及折射率的传感特性，采用快速傅里叶变换（FFT）并利用带通滤波对特征干涉光谱数据进行提取，分别得到在x、y正交偏振态下的干涉光谱以及它们叠加形成的游标光谱。实验结果表明：制备的DHMC的结构参数及光谱特性与基于理论分析的预测基本吻合；DHMC的x、y偏振态干涉谱叠加形成的游标效应光谱与x、y正交偏振态下的干涉光谱相比较，对应变和温度传感呈现出减弱的光学游标效应，而对折射率传感则呈现出增强的光学游标效应。以上研究结论对DHMC的制备及其在折射率、温度及应变传感中的应用具有实际指导意义。

提出一种基于氧化石墨烯（GO）微纳光纤的生物传感器，将其用于狂犬病毒（RV）的免疫检测研究。首先，将标准单模光纤通过熔接机放电形成双锥形光纤，再对双锥形光纤进行熔融拉锥制作出高灵敏度的微纳光纤。然后，在微纳光纤表面修饰GO，并将RV抗原固定于该传感器表面，用于对RV抗体的特异性检测实验。实验结果表明：该生物传感器对RV抗体的检测范围为200 fg/mL~1 ng/mL，检测极限（LOD）约为225.56 fg/mL，其检测灵敏度约为1.099 nm/log（mg·mL^-1），解离系数约为2.92×10^-11 M；当用于不同的抗体溶液样本和RV阳性血清的对照检测及临床检测时，该免疫传感器对前者的响应非常微弱，而对后者有明显的响应，说明其对RV抗体具有良好的特异性。基于GO修饰微纳光纤的免疫传感器具有制作简单、微纳尺寸、灵敏度高、成本低等优点。

水质污染源的及时精确定位和精细化的污染防治措施是打赢水污染防治攻坚战的迫切需求, 为解决地表水实际水样高锰酸盐指数准确分类的实际问题, 以光谱降噪和光谱有效信息提取为切入点, 根据紫外-可见光谱数据的特点, 提出使用一维卷积神经网络处理紫外-可见光谱数据。 为验证检测一维卷积神经网络对地表水光谱信号分类的可行性, 选取长江的某段流域作为取样点。 采集当天的长江上游水、 某河水、 嘉陵江水, 生活污水、 500 mg·L-1邻苯二甲酸氢钾溶液来模拟污染水源。 将几种水样按不同的配比来模拟当天该流域的水污染变化情况。 采集现有的单一水样及混合配比水样的光谱数据, 根据各类水样的特征光谱信息进行区分, 实现地表水高锰酸盐指数的预测分类, 快速确定异常水样的污染来源, 通过仿真实验, 优化模型参数并完成优化训练。 与K最邻近法、 支持向量机等传统分类方法相比, 该算法在光谱预处理复杂度和定性分析准确度方面有较大优势, 在没有复杂的数据预处理前提下, 将获取的350条光谱数据建立水质分类模型, 随机选择其中245条数据作为训练集, 另105条数据作为测试集, 模型的混淆矩阵分类精度达99.0%。 不仅简化了整个光谱分析流程, 而且能保留更多的有效光谱信息, 减小人为预处理对紫外-可见光谱数据的影响, 实现地表水高锰酸盐指数的准确分类。 实验结果表明该方法可对不同水体水样进行准确分类, 快速定位污染源, 为无法激发荧光的污染物溯源提供了科学依据, 为与三维荧光技术辅助配合快速精确定位地表水污染源提供了可能, 同时表明了深度学习在紫外-可见光谱法测量实际水样领域有着巨大的应用潜力和研究价值。

X射线荧光CT（XFCT）作为一种分子成像模式，存在着扫描时间长、辐射剂量大的问题，通常通过增大投影间隔、减少投影数量的稀疏投影方式来降低扫描时间与辐射剂量。因此，为在较少投影数量和较少迭代次数下提高重建图像质量，提出一种基于L_1/2范数的XFCT重建算法。数值模拟实验结果表明：在较少投影数量和较少迭代次数下，所提基于L_1/2范数的XFCT重建算法与传统Maximum Likelihood Expectation Maximization算法相比，其重建图像的均方根误差更小，全局图像质量索引更接近1，达到在较少投影数量和较少迭代次数下提高重建图像质量的目的。

提出了一种基于夹层多模光纤干涉计的可穿戴式呼吸传感器。该传感单元是将一段长度为1~3 mm的渐变型多模光纤（GIMMF）夹在两段长度为1 mm的阶跃型多模光纤（SIMMF）之间制作而成的，由于二者芯径不匹配，故会构成光纤马赫-曾德尔干涉光路，其干涉峰的强度对微弯曲非常敏感，在0~2.36 m^-1曲率范围内最大灵敏度可达-74.03 dB/m^-1。基于此，将该夹层多模光纤干涉计集成到弹性腰带上并固定在人的腹部，通过监测该传感器透射谱中特征峰的强度变化可实时准确地获取呼吸信号。实验结果表明，该传感器可以区分不同类型的呼吸状况，且具有普遍适用性。

提出了一种基于游标效应（VE）的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉环折射率传感器。利用光学VE的基本原理，设计并制作自由谱宽为1.52 nm的保偏光纤Sagnac干涉仪和自由谱宽为1.36 nm的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉结构，通过级联的方式将两个干涉光路进行叠加，得到游标光谱。实验结果表明，该传感器的游标包络特征明显，经游标放大后的折射率灵敏度达到-1286.40 nm/RIU，相比普通极大倾角光纤光栅传感器的横磁（TM）模和横电（TE）模的折射率灵敏度分别提高约8.46倍和约10.55倍，与理论计算结果吻合。传感器的输出光谱稳定，并且具有结构简单、制作方便、抗温度干扰能力较强等优点，在生化、生物医学检测等领域具有良好的应用前景。

研究了一种基于色散拐点（DTP）微纳光纤耦合器（OMC）的通孔悬臂梁高灵敏度振动传感器。首先，从理论上分析OMC的轴向应变特性和振动特性，及其在轴向应变作用下的光谱特性。然后，采用熔融拉锥法制备多种不同直径的OMC并进行轴向应变实验。实验结果表明：当OMC的直径为1.6 μm时，其DTP位于1500 nm附近，轴向灵敏度高达-35 pm/με，约为普通OMC的3.5倍。最后，将具有高轴向应变灵敏度的OMC固定在通孔悬臂梁上，制作成一种高灵敏度振动传感器，用于检测振动信号。结果表明：传感器检测的频率范围为30~2800 Hz，在一阶谐振频率（52 Hz）处响应最强；在一阶谐振频率之前的平坦区（约40 Hz）中，传感器在微弱振动（0~0.6g）下的加速度灵敏度高达85 mV/（m·s^-2），并具有良好的线性度。

H9N2亚型禽流感病毒(AIV)虽为低致病性AIV,但严重危害养禽业的健康发展和公共卫生系统。快速有效的检测方法有利于病毒的早期诊断、预防及控制。提出一种高特异性、低检测极限(LOD)的纳米二氧化钛(nano-TiO₂)粒子修饰双峰谐振长周期光纤光栅(DR-LPFG)的检测H9N2 AIV的光学生物传感器。利用改性nano-TiO₂粒子修饰DR-LPFG,再将抗H9N2单克隆抗体分子(anti-H9N2 MAbs)与TiO₂表面羧基以共价键结合,固定于光栅表面制得生物传感器。该传感器机理在于测量固定在DR-LPFG表面的anti-H9N2 MAbs与H9N2 AIV抗原的特异性结合引起光栅双峰谐振波长间距(Δλ)的变化。实验结果表明:在折射率为1.3320~1.3760时,nano-TiO₂修饰DR-LPFG的Δλ灵敏度为~1063.44 nm/RIU(RIU为折射率单位)。该生物传感器对H9N2 AIV的LOD为~2.7 ng/mL,相较采用Eudragit L100共聚物修饰DR-LPFG的生物传感器的LOD,提高了约96.1%,检测饱和浓度为50 μg/mL,对H9N2 AIV的亲和系数为~3.57×10 ⁸ mol ^-1·L,对H9N2 AIV具有高特异性,且能实现快速检测,在临床诊断、药物分析等生物医学领域有较大应用潜力。