基于光子晶体光纤 (PCF) 的液压传感技术具有灵敏度高、抗干扰能力强、适应恶劣环境等优点, 具有重要的研究意义和广泛的应用前景, 因此受到研究人员的特别关注。在简要介绍 PCF 液压传感基本原理的基础上, 重点回顾了几种典型的 PCF 液压传感技术, 即双折射 PCF 液压传感技术、PCF 光栅液压传感技术、法布里-珀罗 (Fabry-Pérot) 腔 PCF 液压传感技术、双芯 PCF 液压传感技术, 分别介绍了这四种液压传感技术的原理与技术方案, 并对各自的性能进行了分析、比较和总结。最后简要归纳了 PCF 液压传感技术的研究现状及未来发展趋势。

将高灵敏的激光吸收光谱技术应用于微生物生长测量领域, 实现了对以大肠杆菌为例的微生物生长过程实时监测和生长曲线的绘制。设计并搭建了一套实验测量装置, 对大肠杆菌生长过程中新陈代谢产生的 CO2 的二次谐波信号进行实时监测并拟合, 测量获取了大肠杆菌在 25、26、29、32、34、37、43 °C 培养条件下的生长曲线。实验结果表明测得的生长曲线能够准确反映大肠杆菌在不同温度下生长调整期、对数期、稳定期及衰亡期的时间, 证明了基于激光吸收光谱技术的微生物生长代谢产物 CO2 法可以很好地应用于微生物生长测量领域。

采用全矢量有限元方法进行光纤设计优化, 得到横截面上失去两层空气洞的双芯光子晶体光纤, 可用于液压传感.优化的双芯光子晶体光纤的模场半径和数值孔径与单模光纤基本一致, 在优化的双芯光子晶体光纤和单模光纤之间有一个相对较低的熔接损耗.计算结果表明由模场半径和数值孔径导致的不匹配造成的总共损耗可低至0.026 dB, 低于传统光子晶体光纤和单模光纤0.1 dB的直接熔接损耗.对基于20 cm双芯光子晶体光纤的液压传感器的性能进行研究, 结果表明在0~500 MPa量程内的灵敏度为-1.6 pm/MPa.

采用纤芯间距为38.78 μm的国产多芯光纤设计了一种光纤弯曲传感器.该多芯光纤弯曲传感器由长度为1 m的七芯光纤与单模光纤拼接制成，多芯光纤弯曲时，相邻的纤芯发生模式耦合.在传感器一侧，将宽带光注入到位于多芯光纤中心的纤芯，用光谱分析仪测量带有曲率信息的频谱，获得弯曲传感器的透射谱波长偏移与弯曲曲率半径的关系.结果表明：多芯光纤弯曲半径越小，弯曲曲率越大，串扰越明显.

为了实现高Q值极小模体积的表面等离子体微腔,提出一种混合表面等离子体微盘腔,介质微盘上放置横截面为矩形的金属纳米环形条,微盘腔中间由低折射率材料隔离.用有限元法对混合微腔的模式特性进行数值模拟,研究了其品质因子、有效模式体积和腔外能量比随器件几何尺寸的变化规律.结果表明,所设计微盘腔具有较低的传播损耗、较强的光场约束能力和较高的腔外能量比,品质因子高达7 000,最小模体积仅为0.315 μm3,可实现高灵敏度折射率传感.

基于传统混合表面等离子体波导, 提出了一种半导体纳米线和纳米金属肋混合的表面等离子体波导.采用有限元法对其模式特性进行了数值模拟, 研究了该波导的有效折射率、传播损耗、归一化模场面积等特性随波导几何尺寸的变化规律, 分析了该混合波导的增益阈值.结果表明: 该波导具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力, 并且混合模式的最小模面积仅为0.001 52 μm2.

设计了由半导体纳米线和半圆顶金属脊组成的混合表面等离子体波导.通过有限元法对这种波导所支持混合模式的深亚波长局域、传播损耗等特性进行了数值计算.结果表明，在工作波长为1.55 μm的情况下，混合模式的最小模面积仅为0.001 81(λ2/4)，同时保持20 μm的传播距离；与同类结构波导相比具有模场面积小，光传播距离远等优点，在光子集成元器件及光子集成电路等领域具有潜在应用价值.

设计了一种以半导体材料InGaAsP作为核心结构的器件表面蒸镀二氧化硅膜层，在其上蒸镀金膜层，构成金属-电介质半导体微盘激光器结构，盘面的厚度为2 μm，盘面半径为6 μm，盘壁侧表面与底面的夹角为45°.使用有限元法对该结构器件的回音壁模式进行数值研究,利用所谓“偏微分方程的弱项形式”有效地抑制了许多局域不变性相关的“伪解”.通过数值求解弱项型矢量亥姆霍兹方程，得到微盘激光器回音壁模式的横磁场分布，在此基础上讨论了其品质因数（Q值）、模体积、不同金属和电介质膜厚度对器件品质因数的影响、盘的半径和其品质因素的关系等相关量.理论计算表明，这种结构的器件较直接在介质表面蒸镀金属膜层结构的器件的品质因数高2~3倍.实验还获得了基阶和高阶的表面等离子体波模式，以及品质因数最大达到约5 400的光学-电介质基模.

表面等离子体激元（SPP）微腔具有很高的品质因子和极小的模式体积，在光电子器件研究方面具有重要的应用价值。采用有限元法对表面等离子体激元的金属覆盖介质微盘谐振腔进行理论模拟，研究考虑微盘底半径、介质层厚度及金属膜厚度等参数对微盘表面等离子体模的品质因子及模体积的影响。研究表明，在光通信波段1550 nm附近获得高品质因子（1000以上），极低模式体积的表面等离子体微盘。最后研究了利用优化设计的微盘进行折射率传感的应用，获得了高达300 nm/RIU的折射率传感灵敏度。

提出了一种新的基于薄芯光纤模态干涉技术的光纤曲率传感器。在单模光纤的中间部分插入薄芯光纤用于传感光路, 没有插入薄芯光纤的单模光纤用于参考光路, 以消除环境对曲率测量的影响。由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配, 导致包层的高次模被激发, 并与纤芯模在单模光纤内形成干涉。当改变薄芯光纤的曲率时, 沿纤芯和包层传播的模态和光纤长度会发生改变, 使得干涉谷峰发生平移。将传感光纤的两端固定的平移台上, 当调节平移台距离时, 薄芯光纤的曲率发生改变, 导致干涉谷峰向短波方向平移。通过观察谷峰的平移距离可以实现曲率的传感测量。实验表明, 该装置具有低损耗、低成本和高灵敏度的特点。