首先综述了气体波导激光器、空芯光纤气体激光器和固态波导激光器的发展史, 然后分别介绍两类激光器的工作原理, 最后根据两类激光器的发展现状对未来的研究进行了展望和分析。

微纳结构光纤光谱学是指以空芯微结构或微纳光纤为样品池,光和物质在纤芯内部或表面进行相互作用的光谱学技术。本文回顾空芯和微纳光纤导光的基本原理,介绍气体、液体样品池构建的理论和方法,综述基于光谱吸收、光热、光声、荧光、拉曼等效应的微纳结构光纤光谱学的最新进展及今后可能的发展方向。微纳结构光纤对光场的束缚能力强、模场能量在空气中的比例高,可实现光和物质在其中的高效、长距离相互作用。微纳结构光纤样品池的采用,可提升传统光谱学系统的性能或构建新型的光谱学系统;应用传输光纤与其他光学元器件进行柔性连接,可促进光谱学仪器和传感器的小型化和实用化。

微型干涉仪在许多微传感领域有很高的应用价值。基于空芯光纤的全光纤Mach-Zehnder干涉仪成为了近些年研究的热点。研究了全光纤MZ干涉仪的传光原理及干涉机制。在参考前人对空芯光纤干涉仪研究的基础上, 提出了一种基于空芯光纤的新型MZ干涉仪。搭建实验环境对该结构的MZ干涉仪的传输谱进行了验证。实验得出, 当波长为1 550 nm, 传感臂长度为50 μm时, 自由波谱范围大约为140 nm。利用BPM法对该新型MZ干涉仪进行了仿真, 仿真结果符合理论预期。同时对激发出的高阶模式进行了仿真探讨, 并且得到辐射模的传输特性。

拉曼光谱技术具有多组分同时探测、 分析周期短和非接触等特点, 被应用于多个领域, 但是由于较低的探测灵敏度, 限制了拉曼光谱技术的发展。 针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题, 本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统, 开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。 实验结果表明, 空芯光纤对信号、 背景和噪声都具有放大效果, 以空气中氮气和氧气为探测物质, 与后向拉曼光谱信号相比, 在相同探测时间情况下, 信号强度增强60倍以上, 信噪比增强约6倍; 在相同探测强度情况下, 探测时间仅为后向散射的1/60, 噪声为后向散射拉曼系统的1/2。