随着新型微加工工艺的发展，传统的锥型光纤发展派生出数千种不同的微结构光纤.其中，S型光纤锥由于其体积小、质量轻、抗电磁干扰以及可以直接嵌入结构化系统的灵活性得到了迅猛地发展.随着对S型光纤锥研究的深入，基于S锥的各种结构和功能的光纤传感器不断地被提出，用于测量温度、应变、折射率、湿度和磁场等，不仅丰富了光纤传感器的种类，更加深了人们对传感机理的认识.本文全面回顾了S型光纤锥的研究进展，包括传感原理、制备方法、各种传感结构组合以及传感应用等，并对其发展进行了展望.

提出一种基于光纤锥级联纤芯失配结构的马赫-曾德尔干涉流量传感器。在拉绳表面紧密粘贴传感器, 其底端悬挂圆形靶片, 靶片放置于管道内部; 当流体流过管道, 引起靶片发生横向移动, 传感器受到靶片轴向拉力作用, 导致透射谱发生变化; 通过监测干涉谱能量和波长变化实现外界物理量的测量。实验结果表明, 当流量在0.329~0.847L/s范围内变化时, 响应灵敏度为-0.472dB/( L/s), 线性度为0.993。所提传感器制作简单、灵敏度高, 具有较好的应用前景。

介绍了一种双锥型光纤倾角传感器, 传感器采用康宁SMF-28单模光纤, 在光纤上加工两个光纤锥。光束经过第一个光纤锥时, 纤芯内的部分基模光被激发为高阶的包层模, 和芯层模式光一起在光纤内传输, 到达第二个光纤锥时, 包层模重新耦合进入芯层, 并与芯层的基模光发生干涉, 由于纤芯内的基模与包层模的有效折射率存在差异, 从而引入相位差, 干涉谱强度随着波长呈现峰谷值变化。倾斜角变化时, 包层模的有效折射率也发生变化, 干涉谱强度的峰值和谷值均产生移动, 根据峰值或谷值的移动量, 即可测量相对应的倾斜角度。实验结果表明, 加工的光纤角度传感器能够有效的测量倾斜角度值, 两个方向上的测量精度可分别达到0.151 nm/°和0.087 nm/°。

提出一种基于铜沉积石墨烯涂层光子晶体光纤马赫-曾德干涉的硫化氢气敏传感器.将45 mm光子晶体光纤两端与单模光纤进行拉锥熔接，使得光子晶体光纤的空气孔熔接时形成塌陷层，更好地激发包层模式，形成基于马赫-曾德结构的干涉仪.采用单层石墨烯粉体，加入异丙醇分散液，反复浸涂至光子晶体光纤包层表面形成石墨烯涂层，并沉积铜纳米颗粒，使传感器对硫化氢气体具有高的响应度.实验结果表明，在硫化氢气体浓度为0~60 ppm范围内，随着被测气体浓度不断增大，其输出光谱呈现明显蓝移，传感器灵敏度为0.042 03 nm/ppm，且线性度良好.该传感器成本低、灵敏度高、结构简单，适用于低浓度硫化氢气体的在线监测.

以直线形光纤马赫曾德尔干涉仪作为滤波器件, 掺铒光纤作为增益介质的环行腔光纤激光器实现位移传感。构成该马赫曾德尔干涉仪的扩径光纤锥由光纤熔接机制作而成。随着两个应力调节支架距离的减小, 干涉仪发生弯曲, 输出的波峰向短波长方向移动, 最大敏感度为4.49 nm/mm, 消光比大于50 dB。扩径光纤锥的引入使得光纤在弯曲时能够保持基本一致的弯曲度, 并且相比其他结构强度更高, 不容易发生断裂。同时, 该结构的制作所需材料便宜, 制作过程简便, 有利于工程应用。

提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥，光纤锥的直径为43.7 μm，长度为480 μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器，激发出光纤高阶模，并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差，将导致干涉仪的传输光谱发生漂移，从而实现传感测量.实验结果表明：当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时，传感器的折射率灵敏度为－128.233 nm/RIU；当水溶液的温度变化范围为30~75℃时，传感器的温度灵敏度为0.111 nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点，可应用于生物传感测量.

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征, 用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃, 并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50～200 μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01 μm和57.63 μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验, 以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560 nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22 nm和2.60 nm, 与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1 dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为－200 V、宽度为3 ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5 μm、间距为50 μm正方形格栅以保证选通门宽为3 ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300 kHz,实验测试在微通道板电压为700 V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718 cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7 lp/mm.

提出了一种基于普通单模光纤粗锥级联结构的马赫-曾德尔干涉湿度传感器.将两根单模光纤对芯熔融成一个粗锥, 并依次级联, 形成光纤锥-单模光纤-光纤锥-单模光纤-光纤锥结构.外界环境湿度、温度的改变使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变, 引起传感器干涉光谱发生变化.通过监测干涉谱波长和能量的变化实现对外界物理量的测量.实验结果表明, 当空气中湿度在35-95%RH范围内变化时, 传感器的湿度灵敏度为-0.065 dB/%RH, 线性度为0.997；当温度在30-80 ℃范围内变化时传感器的温度灵敏度为69.4 pm/℃, 线性度为0.998.该传感器可以避免温湿度的交叉影响, 实现单参量的同时在线区分测量.

光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一。 制作了一种基于两个单模光纤粗锥串接的全光纤型马赫-曾德尔高温高灵敏温度传感器。 纤芯中传输的光通过第一个光纤锥耦合, 一部分进入纤芯传输, 另一部分进入包层形成包层模, 纤芯模和包层模具有不同的有效折射率, 经过干涉臂的传输产生了光程差。 纤芯和包层传输的光再经过第二个光纤锥耦合, 形成干涉进入输出光纤传输。 对不同长度的传感器进行实验研究, 得出传感臂长度与干涉周期之间的关系。 研究了传感器温度响应特性, 给出了温度响应灵敏度。 实验结果表明, 在30～400 ℃温度范围内, 长度为35 mm的传感器可以得到较高的温度响应灵敏度, 其响应灵敏度为0.115 nm·℃-1。 利用傅里叶变换对传感器透射谱进行了分析, 可以确定在长度为35 mm的传感器中仅有基模LP01和高阶模LP08两种模式, 透射谱就是由这两种模式干涉形成的。 该传感器体积小、 精度高、 抗电磁干扰, 具有易于制作、 对比度大、 质轻、 灵敏度高、 耐高温等优点。 可用于高温气体温度测量及油气井测井等领域的高灵敏度温度传感测量。