光子晶体光纤(PCF)具有许多不同于普通光纤的特性，将PCF应用于传感领域是近年来的研究热点。介绍了PCF的基本结构、导光原理及制备方法，概述了干涉型、吸收型、荧光型、表面等离子体共振型、拉曼散射型及光栅型PCF传感器的原理及国内外研究进展，分析了其应用领域和优缺点，展望了PCF传感器的发展趋势。

提出并制备了一种基于本征倏逝波原理的温度及葡萄糖溶液浓度传感器.通过研究腐蚀包层厚度与透射光谱之间的关系, 确定较为合适的腐蚀厚度.将标准单模光纤包层腐蚀至2.4 μm, 利用光纤倏逝波对外界介质变化敏感的原理, 通过测量输出光功率的变化量实现温度及葡萄糖溶液浓度传感.实验结果表明：传感器在10~70 ℃的温度范围内具有9.58×10－3 dBm/℃的灵敏度, 线性度达到99.36%; 在葡萄糖溶液0~3%的浓度范围内具有0.126 dBm/(g/L)的灵敏度, 线性度达到97.95%.该传感器的响应时间小于30 s, 具有操作简便、测量准确度高、重复性好、适用范围广等优点, 具备良好的应用价值.

膜片钳测量过程中实时监测离体细胞生存环境温度, 控制生理溶液温度值对提高测量的准确性, 消除温度不确定性具有重要的意义。 采用近红外光谱结合化学计量学法来研究生理溶液中不同离子不同浓度对温度模型精度的影响。 通过配制CaCl2, KCl和NaCl各四种浓度的12份溶液样本, 分别采集不同溶液样本在20~40 ℃温度范围内的光谱, 波数范围为9 615~5 714 cm-1, 并将每种溶液不同温度光谱数据按照三种方式划分训练集和预测集, 采用间隔偏最小二乘方法选择有效波段, 并建立与温度数值之间的定量校正模型。 实验结果显示, 浓度为0.25 g·mL-1的CaCl2溶液模型的RMSEP最大, 三次实验结果为0.386 3, 0.303 7和0.337 2 ℃, 浓度为0.005 g·mL-1的NaCl溶液模型的RMSEP最小, 实验结果分别为0.220 8, 0.155 3和0.145 2 ℃。 总体实验结果表明细胞生理溶液中Ca2+对建立温度模型的精度影响最大, K+其次, Na+最小, 当三种离子浓度均增大时, 各离子对模型精度影响均为增大。 因此在建立细胞生理溶液的温度模型时, 有必要在合理范围内改变细胞生理溶液中三种主要离子的配比, 来校正不同离子浓度对测量生理溶液温度的影响, 从而提高近红外光谱温度测量的精度。

全同弱光栅通过时分/波分混合复用时，光栅阵列中的阴影效应、多重反射等对反射信号会产生影响。对全同弱光纤光栅阵列所作的时域反射信号仿真计算和分析表明，阴影效应和多重反射不会引起光栅中心波长漂移，但会导致光栅中心波长处的反射强度降低。若阵列中的单个光栅的反射率较高，受阴影效应的影响，光栅阵列远端的光栅将可能检测不到，不能达到增加光栅复用数量的目的；但若单个光栅的反射率太低，则又会使阵列上的光栅的被测反射信号强度降低，从而增加了信号检测难度。

选择多层介质作为样品,根据波恩一阶近似理论建立了单次散射的无限细直光束频域OCT模型,并分析了散射积分方程很难得到精确解的原因。蒙特卡罗仿真结果表明,一类和二类光子出射后在空间的分布存在着一定的差异,通过调整接收器的面积,可以在一定程度上很好地抑制二类光子,尽可能多地接收一类光子;通过分析时域OCT与频域OCT的区别,进一步确立了频域OCT的优势地位;通过改变复杂生物组织的模型结构,对由于能量衰减而造成的图像灰度失真做了近似的补偿。

提出了一种对频域光学相干层析(OCT)系统中压电陶瓷相移器进行标定的方法.该标定法是在用干涉条纹跟踪法初步标定的基础上,用差分光谱法进行精确标定来实现的,可将标定精度提高约6%.在差分频域OCT系统中进行了实验验证,表明该方法能够将频域OCT图像的信噪比提高约10%.

从理论上详细分析了经典相移算法对线性相移误差的敏感度,用频域和空域两种分析方法对定步长算法抑制线性相移误差的能力进行了分析.建立了含有线性相移误差复频域OCT空域分析法的仿真模型,并对测试样品进行了实验.实验结果表明,五帧相移算法对真实层析结构影响小,对镜像尾迹有完全的抑制作用,能够真正地实现100%的全量程的有效探测.

为了提高复杂多层样品层析图像的分辨率,构建了复谱频域光学相干层析成像(CSOCT)系统.由于其在低亮度和高速成像方面相对于时域OCT具有更高的灵敏度,因此在光学相干层析成像系统中具有重要的作用.本文对测试样品二层盖波片进行成像实验,基于光学相干层析基本理论,采用五帧相移算法,最终获得测试样品的复谱频域OCT图像.实验结果表明,该系统可以消除谱频域OCT图像中的寄生项和镜像,改善和提高层析图像的分辨率.