为了实现液体折射率的高灵敏度测量，提出并制备了一种基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器.该传感器由法布里-珀罗传感腔和法布里-珀罗参考腔并联构成，其中，传感腔为开放腔，由单模光纤错位熔接制得，参考腔为封闭腔，由单模光纤与空芯光纤熔接制得.传感腔和参考腔的自由光谱范围相近，但不相等，双腔反射光经光纤耦合器后叠加产生游标效应，达到增敏的效果.实验结果表明，该传感器的折射率灵敏度约为9 048.78 nm/RIU，约是单个传感腔的8倍.该传感器具有灵敏度高、结构简单、易于制备、成本低廉的优点，在生物医疗、环境检测等领域有潜在的应用前景.

本文提出了一种自研盛装器皿以提高液体折射率的测试精度。该器皿由金属框架与等厚玻璃窗口组成, 其制造工艺相对简单, 减少了透射反射面面型精度及窗口等光程因素带来的系统误差, 提高了测试精度。本文采用的测试方法为最小偏向角法。最小偏向角法主要用于固体折射率的测试, 较少应用于液体折射率的测试。主要因为需要制作特殊的盛装器皿, 制造工艺难度大, 难以控制面型精度及透射窗口的等光程, 对测试结果造成较大影响。经过理论分析可知, 采用本文设计的盛装器皿可以满足10-6数量级的液体折射率测试需求。采用02″高精度转台进行实验, 耦合器皿带来的系统误差和测试系统的理论测量精度达10-6数量级。对某离子液在54608 nm特征谱线下实际测量的标准差为142×10-6。自研器皿满足液体折射率的精密测试需求。

为测量透明容器内液体的折射率, 建立了基于容器内表面反射率测量的低相干技术实验系统。系统采用宽带低相干半导体激光光源和改进的迈克尔逊干涉仪, 将装有待测液体的容器放入测量臂光路中, 调节参考臂的光程, 使由容器前壁内表面反射光的光程与来自参考臂反射光的光程相等, 出现干涉现象。捕捉并记录下此干涉信号, 并从中求出容器前壁内表面反射光的强度, 再结合菲涅尔公式及反射率的定义, 即可求出待测液体的折射率, 其测量精度与阿贝折射仪相当。方法能够方便、快捷、准确地测出容器内液体的折射率, 可用于食品、生物医学检验等领域内液体浓度或折射率的实时非接触监测。

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG)。采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG, 谐振强度为12 dB, 栅区长度小于4 mm。使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究。实验中随着三种溶液折射率增加, LPFG的谐振波长发生红移, 该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU。实验结果表明, 这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度, 可用于液体折射率传感测试。

针对微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)在应用中存在的温度依赖问题，数值模拟了被不同折射率液体包围的MNFBG的反射波长与温度的关系，并且制作了可更换封装液体的MNFBG用于实验研究。通过使用蒸馏水和不同折射率的匹配液封装MNFBG，得到了MNFBG反射光谱及其中心波长随封装液体温度的变化规律。研究发现，在相同的温度变化过程中，不同性质的封装液体会影响MNFBG反射光谱的形状和移动方向，改变了普通光纤布拉格光栅(FBG)在温度升高过程中反射光谱形状几乎不变但其中心波长线性红移的特性。封装液体的折射率和热光系数越大，MNFBG反射波长随温度的变化越趋于非线性。换用折射率和热光系数分别为1.456和4×10-4 ℃-1的匹配液体后， MNFBG反射波长的温度灵敏度为-50.3 pm/℃。MNFBG特性与环境液体、温度和FBG的尺寸有关，通过有效控制相关因素可以实现FBG在更多领域的功能化应用。

为了实时、原位和非接触测量工业生产过程中封闭管道系统内透明、半透明液体折射率，提出了一种简单的基于玻璃管壁光学特性的液体折射率测量方法。该方法通过涂覆在玻璃管壁外表面上的透射散射层，将入射激光束转换为进入玻璃管壁的大角度分布的透射散射光; 透射散射光到达玻璃管壁与液体的界面上后，符合全反射条件的散射光反射到透射散射层上，自动形成与玻璃管内液体折射率值相关的椭圆形暗斑图像。根据椭圆形暗斑长轴长度与液体折射率之间的解析关系，即可实现玻璃管内液体折射率的原位、非接触测量。对几种常见的透明、半透明液体的折射率进行了实验测量， 结果表明: 该测量方法的准确性与目前商用数字阿贝折射仪相当(±2×10-4 RIU)。该测量方法具有成本低、稳定性好、抗干扰且光源稳定等优点，而且在处理与液体折射率相关的光学图像时无需调试，光照即显，有望用于封闭管道在非常温、非常压状态下液体折射率的实时、自动和非接触在线监测。

光子晶体传感器在溶液检测方面具有巨大的应用潜力,设计一种光子晶体液体折射率传感器,通过在光子晶体中构造法布里珀罗腔(F-P腔)并利用光子晶体的自准直效应来实现折射率的探测。通过二维时域有限差分法(2D-FDTD)对电磁波在光子晶体F-P腔中的传播的仿真实验,最终获得了高线性度的输出光功率与液体折射率的对应关系,并可基于此特性实现液体折射率的检测。相较于其他的检测方法,光子晶体的应用使其具有体积小、测量范围广、易于与激光器件集成并且不受外界电磁环境影响等优点。

折射率是反映物质信息的重要物理量，在化学、生物、医药等领域中，经常需要将样品制成低浓度溶液进行化学或物理反应，通过对其折射率微小变化的检测来测定样品的各种性质及参数。为此，提出了一种利用表面等离子体共振传感原理测量液体介质折射率的激光相位测量方法，采用Kretschmann 结构并建立模型。理论分析表明，在1.333~1.336 的折射率变化范围内，反射光p、s 分量相位差的变化与折射率变化呈近似线性关系，并由此得到测量公式。设计并搭建了基于双频激光外差干涉光路的折射率测量系统，系统具有良好的共光路结构，抗干扰能力强，信号处理采用相位调制方法，光路结构简单，测量精度较高。通过甘油溶液折射率测量实验表明其与理论分析结果一致，且与其他方法的结果吻合，两者的相互误差小于2.0×10-5。该方法可广泛应用于生物检测、化学分析、环境污染研究、医学诊断、食品卫生检测等领域。

在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除相间三排硅柱的两排平行硅柱形成平行线波导对。利用时域有限差分法(FDTD)模拟仿真以及数值分析研究平行线波导对之间的耦合特性，发现改变硅柱半径和背景折射率可以明显改变波导的耦合周期长度。基于此结构，提出了一种新的液体折射率检测方法，以间隔三排硅柱的平行波导对为基本结构，设计了一款液体折射率探测器。该方法与其他的液体折射率检测方法相比，具有结构紧凑、测量速度快等优势，可实现折射率的快速精确检测和仪器的小型化设计。

研究了一种基于表面等离子体波共振(SPR)光谱分析的折射率检测新方法。研究发现, 表面等离子体波共振效应光谱特征的折射率灵敏度会随着液体性质变化而发生改变。根据折射率测量范围不同, 分别选择共振波长和共振强度作为检测参量, 实现理论折射率分辨力达到10-5数量级以上。在理论分析和实验基础上, 设计出一种基于共振光强检测的终端反射式光纤表面等离子体波共振效应传感系统, 采用将传感信号和基准光信号的比值作为液体折射率变化的度量值。在1.3325～1.3991的折射率测量范围内, 度量值与折射率之间呈现单调递减关系, 线性相关系数为0.9983。通过定义耦合系数, 还可实现对表面等离子体波共振效应效应强弱和变化趋势的评估。