为了消除折射率动态检测中环境温度漂移的干扰,提出了一种基于交替光栅和石墨烯复合结构的超材料传感器。利用时域有限差分法数值模拟了传感器结构设计参数对共振光谱的影响规律并研究了耦合机理,同时优化了设计结构。研究结果证明,复合结构传感器具有多通道和超窄线宽双重光谱特性,且近红外频段高吸收光谱是由F-P腔共振效应、磁激元共振效应和相消干涉耦合激发产生的。基于不同共振模式下折射率和温度敏感度的差异性,选择两个共振峰峰位波长作为信息载体,借助矩阵方程获得的温度补偿后的折射率传感灵敏度可达358.6 nm/RIU。结果表明,所提传感器可对1~1.6 RIU超大折射率范围的样品进行实时动态监测,同时能消除温度漂移的影响,更具实用性。

金属表面等离子体(surface plasmon)是金属与介质界面处传播的电荷振荡密度波。 当振荡频率与激发光频率相匹配时将产生金属表面等离子体共振, 从而能够在金属结构附近产生强烈的消光和近场增强效应, 该效应在表面等离子共振成像、 表面等离子体波导、 生物传感、 光谱增强等方面有着重要的应用前景。 本文综述了金属结构的表面等离子共振效应在增强荧光光谱方面的研究进展。 论文首先介绍了金属表面等离子体增强荧光的机理以及影响荧光增强效果的因素; 其次, 从用于荧光增强的各类金属纳米结构的角度分别综述了荧光增强研究的最新进展; 最后, 介绍了荧光增强在食品检测、 环境监测、 光学成像、 光电器件、 荧光上转换等领域的最新应用情况。

利用传输矩阵法和有限元法分析了光栅周期、调制深度、锥腰直径和不同设计区段长度比等光栅制作参量和结构设计参量对双锥型光纤布喇格光栅光谱特性的影响.软件仿真结果表明: 限定相关参量后, 光栅周期增大, 双锥型光纤布喇格光栅整体反射谱右移, 与均匀分布光纤布喇格光栅光谱变化规律一致; 调制深度增强, 两主反射峰基本不变, 而两主反射峰中间的次级峰个数增多,光强增大;锥腰直径减小, 激发更多包层模, 干涉峰个数增多, 强度提升; 整根光栅长度保持1 cm不变, 锥腰区, 标准光栅区和渐变光栅区长度比直接影响次级峰的数量和幅值, 随着渐变光栅区长度占比的增大, 次级峰的幅值增大, 同时个数减少.双锥型光纤布喇格光栅可在多参量传感器、多通道滤波器、多通道半导体激光器、色散补偿和光上下载分插复用等方面广泛应用.

为了解决光纤光栅传感器同时测量多个参量的难题，结合锥形光纤技术和光纤光栅技术，设计了一款新型双锥形光纤光栅。采用传输矩阵法，借助二层和三层单模光纤纤芯基模有效折射率的色散方程及标量有限元法理论建模，数值分析了均匀腐蚀区直径为3 μm时双锥形光纤光栅的反射谱特性。采用氢氟酸渐变腐蚀法实验制备了双锥形光纤光栅，均匀腐蚀区直径为3 μm时，呈现12个反射峰，2个主峰和10个次峰，与理论分析结果基本吻合。同时选取其中3个反射峰测量了温度、折射率和液位，同步测量灵敏度分别为9.63 nm/℃、1975.96 nm/RIU、26.07 nm/cm。双锥形光纤光栅制作简单，作为传感器可同时测量多个参量，不但能有效降低成本，还能拓宽光纤光栅传感器的设计思路。

基于单模微纳光纤基模有效折射率色散方程和光纤布拉格光栅谐振方程，研究单层结构光纤布拉格光栅光谱特性，并用FH酸化学腐蚀法制得单层结构布拉格光栅.理论和实验结果表明：随着光栅半径减小，单层结构光纤布拉格光栅谐振波长蓝移，且谐振波长个数由5个减少到1个，直至最后完全消失；随着光栅外环境折射率的减小，截止半径缩短，当折射率降到1时，截止半径减为0.55 μm.

长周期光纤光栅（LPFG）传感器具有非常广泛的应用价值，而有效解决物理量交叉敏感问题是其实用化的关键。基于LPFG对包层外介质折射率和厚度的敏感性，提出一种双段多层折射率横向分布结构的新型LPFG传感器的设计，并利用耦合模理论和传输矩阵方法分析了镀膜材料折射率、膜层厚度和镀层长度对新型LPFG传感器光谱特性的影响。软件仿真结果证明，这种LPFG由于结构设计上的特殊性，将使LPFG的谐振峰发生分裂，即一个透射峰分裂为两个。由于两个分裂峰对应力和温度的灵敏度不同，利用该结构的LPFG作为传感器，可以实现温度、应力等物理量的同步测量，从而解决LPFG传感器的交叉敏感问题。

基于长周期光纤光栅（LPFG）包层有效折射率与包层半径的良好相关性，提出一种半腐蚀长周期光纤光栅的新颖设计。将一根长周期光纤光栅分成等长的两部分，用HF酸腐蚀其中的一半区域，此时整根LPFG可看成具有不同谐振波长的两个半长度LPFG的级联。利用传输矩阵方法和三层介质光纤模型的色散方程分析了该种LPFG的光谱特性：随着腐蚀段包层半径的减小，两个分裂峰谐振波长之间距离增大，且模式越高间距越大。同时实现了应变和温度的同步测量，得到应变和温度的传感精度分别为±8.9 με和1.4 ℃。因此半腐蚀LPFG传感器可为解决LPFG交叉敏感问题提供有效方法。

提出一种基于莫尔光纤光栅的F-P（法布里-珀罗）半导体激光器双波长自激注入锁定生成拍频信号以获得所需毫米波的实验方案。实验结果表明,在11.7 nm波长调谐范围内可获得边模抑制比约为30 dB的双波长输出，该双波长输出可产生高达168 GHz的拍频信号。该高频毫米波信号生成方案的系统结构简单，成本低廉。

提出了基于两个光纤布拉格光栅(FBG)的FabryPerot(FP)半导体激光器自激注入锁定以获得拍频信号的实验方案。在该系统中，直流驱动FP半导体激光器，自激注入锁定通过两个自制的光纤布拉格光栅作为反馈元件实现。在9.17nm的调谐范围内实验获得边模抑制比接近或高于27dB的双波长输出。该方案系统简单，成本低廉。

采用F-P可调滤波器对长周期光纤光栅的某级透射谱进行波长扫描,借助探测器和示波器对信号光波在驱动信号周期内所形成的负脉冲间隔进行测量,实现信号解调。利用此系统对蔗糖溶液浓度从0到饱和进行测量,测得系统传感灵敏度的实验值为0.02 ms Lg-1。