为了提高金属纳米粒子在光纤表面的富集密度，同时提高光纤表面增强拉曼散射（SERS）复合结构拉曼增强特性的稳定性，提出一种双金属（金和银）锥形光纤SERS探针结构。首先，采用化学还原法制备出形貌均一的金银纳米粒子；然后，采用光诱导的方法实现双金属在锥形光纤上的富集。制备的光纤SERS探针表现出良好的实验效果：对罗丹明6G（R6G）检测到的最低浓度低至10^-10 mol/L；增强因子为2.07×10⁸；相较于单金属银光纤SERS探针，双金属样品的稳定性提高了7倍（96 h后）。

通过混沌相关光纤环衰荡传感系统实时监测氧化石墨烯沉积过程，并采用氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件对血红蛋白传感进行了实验研究。通过实时监测氧化石墨烯对锥形光纤功能化过程中衰荡时间的变化，分析了功能化过程中锥形光纤表面羟基化、硅烷化和氧化石墨烯沉积对光传输损耗的影响。通过扫描电子显微镜对氧化石墨烯功能化锥形光纤效果进行检测。研究了不同浓度的氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件时对血红蛋白传感灵敏度的影响，实验结果表明：与未功能化锥形光纤相比，使用氧化石墨烯功能化锥形光纤进行血红蛋白传感，灵敏度提高了一个数量级。在功能化过程中，氧化石墨烯浓度将影响功能化后锥形光纤的传感灵敏度，且随着浓度的增加传感灵敏度增强。该研究成果有望在生物传感领域得到应用。

A sensitive tapered optical fiber sensor incorporating graphene oxide (GO) and polyvinyl alcohol (PVA) composite film for the rapid measurement of changes in relative humidity was proposed and experimentally demonstrated. The sensing principle was based on the intensity modulation of the transmitted light induced by the refractive index changes of the sensitive coatings. The sensing region was obtained by tapering a section of single-mode optical fiber (SMF) from its original 125 μm diameter down to 9.03 μm. The tapered structure was then modified through deposition of GO/PVA nanocomposites by using the dip-coating technique. The field emission scanning electron microscope (FESEM) and Raman spectroscopy were used to characterize the structure of the composite film. As evidenced by a Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis, the presence of oxygen functional groups (such as –OH and COOH) on the GO structure enabled the attachment of PVA molecules through hydrogen bonding and strong adhesion between GO/PVA layers. The performance of the sensor was tested over a wide range (20% RH to 99.9% RH) of relative humidity. The sensor showed a good response with its signal increasing linearly with the surrounding humidity. The tapered optical fiber sensor with the coating of GO/0.3 g PVA achieved the highest sensitivity [0.5290 RH (%)]. The stability, repeatability, reversibility, as well as response time of the designated sensor were also measured and analyzed.

本文研制了一种光纤耦合湿敏监测装置,此装置采用MEMS微位移传感器来进行湿敏微腔耦合位置的辅助校准,再用光强传感器对耦合输出的光波进行湿度感测和量化。这种基于MEMS位移传感器的耦合位置校准方法与现有的校准平台相比,无需外加太多繁琐、庞大的仪器装置,就可获得精准又便捷的校准效果。另外在传感系统后端可进行可编程控制程序开发,用加载的数据采集卡来实现湿度敏感单元敏感量的采集与显示。

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器, 传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入, 经过第1个粗锥时, 将激发出若干高阶模, 各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时, 细锥区倏逝场随之变化, 最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化, 可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明, 在35%～85%RH的湿度变化范围内, 透射谱的能量具有相同变化趋势, 处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH, 温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高, 温度交叉敏感小等特点, 具有很好的应用前景。

采用火焰刷法对单模光纤进行加热拉锥, 形成具有微纳米量级纤芯半径的光波导结构, 并引入不同的绝热系数对低损耗锥形光纤进行优化, 使其满足绝热标准.设计出恒定锥角为2 mrad、波长为400 μm、纤维半径为4 μm具有最佳形状的低损耗锥形光纤.Matlab仿真结果表明, 23 mm长的低损耗锥形光纤传输透视率为99.7%, 63 mm长的低损耗锥形光纤抗辐射能力达到99.6%.由于功率被耦合到高阶模式, 其损失被充分抑制, 具有恒定锥角的锥形光纤可以实现不牺牲传输质量的光耦合传输.

基于渐逝波光场对微纳粒子具有光吸附力的效应，提出了利用熔融拉锥光纤吸附沉积半导体量子点的实验研究。以波长为980 nm 的激光作为光源，在熔融拉锥光纤表面成功吸附沉积了高密度硫化铅(PbS)量子点薄膜。通过光抽运，在吸附沉积PbS 量子点的熔锥光纤中观测到PbS 量子点光致发光光谱，并实现了在1550 nm 波段的光放大，增益达6.8 dB。

在空间激光通信应用中, 空间光与单模光纤的耦合效率是影响通信系统性能的重要因素。考虑大气湍流会降低激光与光纤的耦合效率, 本文从湍流强度与光学系统分辨率之间的关系出发, 研究了大气湍流对光纤耦合效率的影响, 导出了接收口径、系统焦距、入射光波长、接收光纤半径、大气相干长度等与单模光纤耦合效率之间的关系。提出了两种在湍流环境中提高光纤耦合效率的方法。 方法一是在外界湍流强度发生变化时, 通过改变耦合系统焦距, 使耦合效率保持在较高值; 方法二则是采用锥状光纤接收来提高耦合效率。最后对提出的方法进行了分析、仿真和室外耦合效率测试, 验证了所提出的改善耦合效率方法的有效性。

对组合锥型光纤表面增强拉曼(SERS)探针的结构参数进行了设计与优化。 通过建立描述消逝波激发 组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型, 结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与 激发光纤间的模式匹配原理, 给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法, 在给定光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下, 进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。

A brief review on biconical tapered fiber sensors for biosensing applications is presented. A variety of configurations and formats of this sensor have been devised for label free biosensing based on measuring small refractive index changes. The biconical nonadiabatic tapered optical fiber offers a number of favorable properties for optical sensing, which have been exploited in several biosensing applications, including cell, protein, and DNA sensors. The types of these sensors present a low-cost fiber biosensor featuring a miniature sensing probe, label-free direct detection, and high sensitivity.