研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)修饰的色散拐点长周期光纤光栅(Dispersion-Turning-Point Long Period Fiber Grating, DTP-LPFG)传感器, 分析了其光谱特性及对外部折射率的灵敏度特性。利用准连续KrF激光器在载氢单模石英光纤上制作周期约为136μm的DTP-LPFG, 采用氢键结合的方式将GO涂覆于光栅表面, 构成基于GO修饰的DTP-LPFG传感器。实验结果表明：随着GO在DTP-LPFG表面的沉积, 其双谐振峰的左峰发生蓝移, 右峰发生红移, 双峰间距增大；在1.33~1.38折射率范围内, 该传感器在涂覆GO后, 谐振双峰间距变化量的折射率灵敏度约为831.89nm/RIU, 较未修饰GO的DTP-LPFG提高了1.05倍。

提出一种基于大空气孔保偏微结构光纤偏振回旋滤波器(PM-MOF-RF)的光微流折射率传感器。保偏微结构光纤(PM-MOF)沿轴向引入周期性往复扭转结构,可实现光纤中正交偏振模的谐振耦合,通过偏振检测,可得到类似于长周期光栅的透射光谱,从而获得偏振回旋滤波器(PRF)。基于耦合模理论,对该器件的透射光谱进行仿真。在该器件两端与单模光纤(SMF)连接处分别接入一小段C形光纤,可将待测液体导入和导出MOF的空气孔而不影响SMF与MOF的光信号耦合,从而得到一个全光纤的光微流折射率传感器。通过有限元分析方法模拟微流折射率在1.333附近变化时PM-MOF的相模式双折射色散曲线,进而可得不同微流折射率的透射光谱,通过追踪光谱波长漂移,得到7196.4 nm/RIU(RIU为折射率单元)的折射率灵敏度,同时可知当按比例缩小光纤尺寸时,可将其灵敏度提升至16754.0 nm/RIU。

基于贵金属纳米粒子在折射率传感及探测中的应用, 本文运用离散偶极近似, 模拟计算了单一金纳米棒的远场消光光谱, 研究了其偶极局域表面等离子体共振波长的可调性及折射率的传感特性。研究表明, 通过调控金纳米棒的长径比, 纳米棒的局域表面等离子体共振波长在可见至近红外波长范围内广泛可调;在可见与近红外波长范围内, 该共振波长及对应的折射率灵敏度对纳米棒长径比的响应皆分别呈现出二次与线性的分段特征。此外, 利用金介电函数虚部随入射光波长的变化关系, 揭示了金纳米棒表面等离子体所对应的半高宽随该共振波长的变化规律;并利用长径比对金纳米棒的品质因子进行了优化, 得到了优化的长径比。本文的研究结果对未来设计和制造性能优异的基于局域表面等离子体共振的传感/探测基底和元器件具有重要的理论指导意义。

本文报道了一种基于色相算法的彩色表面等离子体共振(SPR)成像传感器, 该传感器不仅能够对发生于SPR芯片表面的物理化学反应进行直观的图像观测, 还能基于色相算法对这些表面反应进行定量分析。利用自制的波长/图像同步检测型SPR传感器, 实验获得了不同共振波长对应的共振图像, 然后借助色相算法求得每一幅共振图像对应的二维色相分布及其平均色相, 建立了共振波长与图像平均色相的依赖关系, 用于优化基于色相参数的SPR折射率灵敏度。实验选择起始共振波长为650 nm, 测得基于色相的折射率灵敏度为3 338/RIU, 是基于共振波长的折射率灵敏度的1.49倍。利用彩色SPR成像技术能够直观地观测到金膜表面涂布的聚四氟乙烯薄膜的不均匀性, 再通过计算图像局部区间的平均色相, 可以定量获得不同薄膜厚度对应的折射率灵敏度。实验结果证明了基于色相算法的彩色SPR成像传感器明显优于常规SPR传感器。

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.

研究了一种基于模间干涉原理的微型椭芯保偏光纤的折射率传感特性。利用氢氟酸腐蚀的方法将椭芯保偏光纤制作成折射率灵敏的传感头，传感头可以根据控制腐蚀时间灵活控制其锥区结构。详细分析了保偏光纤内基模与一阶高次模模间干涉产生的双边瓣能量分布与被测折射率的关系，深入研究了锥区半径、工作波长对折射率灵敏度的影响。研究结果表明，光源波长为980 nm，折射率在1.39 附近时，半径为8 μm 的传感头折射率灵敏度能够达到-7.1/RIU (即归一化光强与RIU 之比，其中RIU 为单位折射率)。

推导了任意形状金属纳米结构对复杂环境折射率的局域表面等离子体共振(LSPR)光谱响应的解析解，给出了体折射率和局部折射率灵敏度公式，并进行了详细的理论分析和数值验证。结果表明，金属纳米结构的光谱响应与被分析物厚度呈指数增长关系，并与被分析物的折射率、敏感层厚度、金属纳米结构的材料和形状等因素有关。被分析物折射率越高，光谱响应越大。敏感层越厚，局部折射率灵敏度越差。同时，尖锐的金属纳米结构形状可以获得更大的体折射率灵敏度。对金属纳米结构光谱响应及折射率灵敏度的研究对制作高灵敏度LSPR传感器具有重要的指导意义。

利用光波导的耦合模理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的折射率传感特性，给出了LPFG的谐振波长相对于环境折射率变化时的漂移量解析表达式。对LPFG的折射率传感特性进行了数值模拟。结果表明: 在光栅周期不变的情况下，当包层折射率小于且接近外界环境折射率时，波长的漂移量增大，且对应的模次越高、包层半径越小、包层折射率越小，波长漂移量越大，即LPFG对应于外界折射率传感灵敏度得到显著提高; 当外界环境折射率大于包层折射率时，光栅的谐振波长将近似不变。