针对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器: 传统型包层腐蚀的镀金属多模光纤传感器、新型镀金属单模光纤光栅传感器, 指出其不同的SPR模型处理方法及传感特性。首先, 根据传统型SPR光纤传感器的结构特点, 利用平板SPR理论给出反射谱特性, 同时指出并证明薄膜光学理论在平板SPR结构中与平板SPR理论的等价性。其次, 针对新型SPR光纤光栅传感器结构特点, 依据模式耦合思想, 结合SPW模式特征, 提出了光纤光栅SPR结构的理论处理方法, 得到了镀金膜三包层LPFG结构的透射谱。最后, 对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器的传感特性进行了比较分析, 结果表明, 两类传感器对环境折射率均具有较高的分辨率, 但新型光纤光栅SPR传感器的分辨率高出传统SPR光纤传感器3个数量级。

利用镀自组装薄膜的双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）实现了高灵敏的折射率传感，给出了提高镀膜双峰谐振光纤光栅对环境折射率（SRI）灵敏度的途径。确定最佳镀膜厚度，使光纤包层模位于模式转换区附近；调整光纤半径，使镀膜后光栅的双峰位于相位匹配转折点(PMTP)附近，给出了确定最优膜厚和光纤半径的方法。将不同半径的双峰光栅镀自组装聚丙烯胺盐酸盐(PAH)/聚丙烯酸 (PAA)薄膜后，放入不同浓度的葡萄糖溶液中进行折射率传感实验。结果表明：通过优化光纤半径和薄膜厚度，镀膜后工作于模式转换区附近和PMTP附近的双峰光栅对1.333~1.372范围内折射率的灵敏度高达3985 nm/RIU（RIU为单位折射率），明显高于不在模式转换区或PMTP附近的光栅，亦高于已报道的非双峰镀膜长周期光纤光栅。

基于耦合模理论, 首先研究了镀膜长周期光纤光栅(LPFG)高阶包层模的模式转换, 划分了高阶包层模的非模式转换区及模式转换区。 分析了高阶包层模有效折射率随薄膜厚度增加的响应特性, 包层模谐振波长在模式转换区的偏移量要大于非模式转换区。 在此基础上, 研究了不同包层半径下高阶包层模谐振波长随光栅周期的变化情况, 结果表明, 相同包层半径下模式转换区内双峰间距的偏移量大于非模式转换区;无论在模式转换区还是非模式转换区, 包层半径的减小将增加双峰间距的偏移量。 最后分析了不同包层半径下的高阶包层模双峰透射谱在模式转换区及非模式转换区内的折射率响应, 进而提出了薄包层镀膜LPFG的优化设计方案, 当选定敏感膜层厚度及折射率处于镀膜LPFG的模式转换区内, 光栅周期靠近相位匹配转折点时, 将得到灵敏度高于传统LPFG双峰传感器的镀膜LPFG折射率型双峰传感器;而减小包层半径, 将进一步提高传感器的分辨本领。

基于耦合模理论，研究了镀金属两层膜系长周期光纤光栅（LPFG）的模式转换及其折射率响应特性。从表面等离子体共振(SPR)的激励条件和模式转换发生条件出发，指出镀金属两层膜系LPFG中的SPR和模式转换不会同时发生，在此基础上分析了镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率随敏感薄膜厚度的变化，发现镀金属两层膜系LPFG的模式转换区域比镀膜LPFG的转换区域要宽，且模式转换区域内第一次转换时的有效折射率变化斜率比镀膜LPFG的大，意味着在该区域其对敏感膜层的变化有更高的响应。考察了金属薄膜厚度对镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率的影响，结果表明，随着金属薄膜厚度的增加，第一次转换时有效折射率的变化斜率逐渐增加。分析了第一次转换时镀金属两层膜系LPFG透射谱对敏感薄膜折射率变化的响应特性，结果表明，镀金属两层膜系LPFG传感器对敏感薄膜折射率的灵敏度明显高于镀膜LPFG，对敏感薄膜折射率的灵敏度的分辨率可达10-6。

基于耦合模理论，根据镀膜长周期光纤光栅（LPFG）包层模有效折射率随膜层参数的变化，指出了模式转换区的划分及特点，考察了模式转换区及其附近LPFG透射谱折射率的响应特性。从传感器设计角度，进一步针对波长偏移和透射率两种检测类型，给出了两类灵敏度的定义，讨论了模式转换区及其附近灵敏度随薄膜参数与光栅参数变化的关系，通过优化设计，给出了高灵敏度对应的最佳设计参数带及区域。结果表明，选择合适的膜层参数与光栅参数，利用波长偏移和透射率两种检测方法，该传感器对薄膜折射率的分辨率均可达10-7以上，且模式转换区适合于制作波长偏移型的传感器，模式转换区附近则适合用于制作透射率型传感器。

基于耦合模理论，研究了镀吸收型薄膜长周期光纤光栅（LPFG）的模式转换及其折射率响应特性。讨论了镀膜LPFG包层模有效折射率随薄膜厚度的响应特性，从模场分布和波导传输本质上统一了模式转换与模式跳变两种表述。在此基础上分析了镀吸收型薄膜情形下LPFG包层模有效折射率实部与虚部随膜厚及薄膜折射率的变化，给出并解释了高阶和低阶包层模发生的一步、二步模式转换情况，进一步考察了薄膜消光系数对模式转换区域的影响。结果表明，薄膜消光系数对模式转换区域变化的影响很小。最后研究了转换区及其附近区域的镀吸收型膜LPFG透射谱的折射率响应特性，发现靠近模式转换区相较于模式转换区，LPFG对薄膜折射率分辨率高出近一个数量级，而模式转换区域采用简易的透射率相对变化进行检测，对薄膜折射率的分辨率也高达10-5以上。