随着医疗光电产品的升级, 人们对便携式医疗设备和全天候监测医学传感器的需求日益增大。得益于有机电致发光二极管(OLED)的柔性、可拉伸、轻薄、均匀辐照和贴合皮肤表面等优点, 其正成为可穿戴式生物医学设备的新型光源。本文详细介绍了OLED在光动力疗法、光电容积脉搏监测、光吸收式血氧监测、光遗传学和光生物调制等领域的应用进展, 充分展示了OLED在医疗光电产品中的应用潜力。为了满足临床应用对光源的需求, 提高OLED发光功率及延长其寿命是未来的重要发展方向。

提出了一种采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)封装增敏的光纤光栅径向压力传感方案,将光纤光栅用EVA 材料和方钢封装成半哑铃型传感单元,利用有限元软件对结构体受力分布进行了仿真,理论分析了传感单元在径向压力作用下的响应特性,并建立实验系统对光纤光栅径向压力传感特性进行验证.研究结果表明：当径向压力在0~0.3 N 范围内时,封装后的光纤光栅对径向压力响应具有很好的线性度；对径向压力的灵敏度相对于裸光栅提高了100.74倍,经匹配法解调后,系统的灵敏度最高可以达到0.94 nm/N；对于解决微小径向应变精确测量的实际工程需求具有重要的参考意义.

提出了一种基于模间干涉原理的双空气孔保偏光子晶体光纤弯曲传感方法。采用有限差分光束传播法对保偏光子晶体光纤弯曲传输特性进行了仿真研究，给出了在弯曲调制时两个低阶偏振模干涉产生的双边瓣归一化光强与弯曲半径的关系，讨论了波长变化对弯曲传感灵敏度的影响，并对所设计的弯曲传感器进行了实验研究。研究结果表明：基于模间干涉技术的双空气孔光子晶体保偏光纤弯曲传感器在10~30 mm 的弯曲半径范围内具有良好的线性度和检测精度。

研究了一种基于模间干涉原理的微型椭芯保偏光纤的折射率传感特性。利用氢氟酸腐蚀的方法将椭芯保偏光纤制作成折射率灵敏的传感头，传感头可以根据控制腐蚀时间灵活控制其锥区结构。详细分析了保偏光纤内基模与一阶高次模模间干涉产生的双边瓣能量分布与被测折射率的关系，深入研究了锥区半径、工作波长对折射率灵敏度的影响。研究结果表明，光源波长为980 nm，折射率在1.39 附近时，半径为8 μm 的传感头折射率灵敏度能够达到-7.1/RIU (即归一化光强与RIU 之比，其中RIU 为单位折射率)。

从矩形空气孔光子晶体平板的研究入手，设计了一种新型的正方形空气孔L3型光子晶体平板微腔。采用有限时域差分法，计算了正方形空气孔L3型光子晶体微腔的Q值、模体积及谐振频率；讨论了正方形空气孔边长对微腔Q值、模体积及谐振频率的影响。对L3型光子晶体平板微腔进行了优化，设计出了Q值为27719、模体积为0.4361(λ/n)3、谐振波长为1543 nm的正方形空气孔的L3型光子晶体平板微腔。该L3型光子晶体平板微腔的Purcell因子高达4767。

将有限元法和传输矩阵法相结合, 系统地研究了保偏微结构光纤(PM-MOF)啁啾布拉格光栅的折射率传感特性。 仿真研究了光纤空气孔中充入不同折射率被测物时啁啾光栅的反射谱, 结果表明随着被测物折射率的增加, 反射谱的面积出现明显变化, 由此得到了光栅反射谱面积与被测物折射率的关系。 分析了中心孔直径、 啁啾系数、 切趾函数等光栅结构参数对反射谱的影响。 分析表明由于光纤两个方向的偏振模对温度、 噪声等干扰响应相似, 因此利用两个偏振模式反射谱的相对变化进行监测能够有效地降低干扰, 提高传感器的稳定性; 其次, 由于反射谱面积正比于光强, 这一方法将光栅的光谱解调转化为光强解调, 简化了解调系统, 便于现场实时测量。 研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。

采用有限元法，计算了二维三角晶格椭圆形格点空气孔型光子晶体的TE、TM模式的带隙结构。通过对椭圆形空气孔格点的大小、方向进行改变，研究了填充比、格点方向对带隙的影响。计算结果表明，在空气孔型光子晶体中TE模式更容易形成带隙；不同填充比情况下，格点方向对TE模式和TM模的带隙变化都具有不同影响；不论格点方向如何变化，均未出现完全带隙。

针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求，本文提出了一种基于 Fabry-Perot腔的保偏微结构光纤 (PM-MOF)布拉格光栅折射率传感器。根据传输矩阵法和有限元方法，分析了微结构光纤光栅 F-P腔中被测物折射率与 F-P腔反射谱中两个偏振模谐振波长差的关系，在此基础上讨论了中心孔直径、 F-P腔长度等参数对传输特性的影响。研究结果表明，随着空气孔中填充物折射率的增加，保偏微结构光纤光栅 F-P腔的两个偏振态的谐振波长差将逐渐减小； F-P腔的干涉作用使反射率较单个光栅有很大提高，便于长距离传输和实时解调；两个偏振模对外界干扰具有相似的响应，因此该传感器具有更强的抗干扰能力。本文研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。

设计了一种基于椭圆芯保偏光纤模间干涉的光纤电压互感器, 能对温度等环境干扰信号进行自动温度补偿。用缠绕了椭圆芯保偏光纤的石英晶体作为电压传感头, 在被测高压电场的作用下, 保偏光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制, 进而改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布, 对两个干涉输出边瓣进行探测实现高电压的测量。在地面低压端用一个缠绕了保偏光纤的压电陶瓷(PZT)实现模间静态相位差的实时调整, 以补偿环境温度变化带来的静态工作点漂移。实验结果表明, 高压电压互感器在额定电压附近能获得0.5%的测量精度, 在被测电压超过10 kV时具有很好的线性度。