提出了一种基于游标效应（VE）的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉环折射率传感器。利用光学VE的基本原理，设计并制作自由谱宽为1.52 nm的保偏光纤Sagnac干涉仪和自由谱宽为1.36 nm的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉结构，通过级联的方式将两个干涉光路进行叠加，得到游标光谱。实验结果表明，该传感器的游标包络特征明显，经游标放大后的折射率灵敏度达到-1286.40 nm/RIU，相比普通极大倾角光纤光栅传感器的横磁（TM）模和横电（TE）模的折射率灵敏度分别提高约8.46倍和约10.55倍，与理论计算结果吻合。传感器的输出光谱稳定，并且具有结构简单、制作方便、抗温度干扰能力较强等优点，在生化、生物医学检测等领域具有良好的应用前景。

针对透射式极大倾角光纤光栅(ExTFG)在工程应用中结构不紧凑、使用不便等问题, 该文提出了基于探针式结构的ExTFG传感器。分析了探针式结构的ExTFG的光路原理, 提出其制作方法, 搭建了探针式结构ExTFG的传感系统, 实验研究了在距离ExTFG末端不同位置进行切割并镀银膜构成的传感器探针光谱特性, 使用毛细管封装端面, 增加传感器稳定性; 最后分析探针式结构ExTFG的折射率传感特性。结果表明, 对应的切割端面距离栅区越近, 谐振峰的损耗越小; 相比透射式ExTFG, 探针式结构ExTFG的TM模和TE模的折射率灵敏度分别提高了约11.21%与8.09%, 在实际应用中更适用。

提出了一种基于氧化石墨烯（GO）集成极大倾角光纤光栅（ExTFG）的局域表面等离子体共振（Local Surface Plasmon Resonance， LSPR）免疫传感器，用于对癌症标志物——细胞程序性死亡-配体1（PD-L1）的无标记和特异性检测。利用大尺寸（粒径约为165 nm）金纳米壳（AuNs）作为LSPR载体固定在光纤表面，然后再将GO涂敷于光纤表面来改善ExTFG-LSPR传感器的疏水特性，以增强传感器对生物分子蛋白的吸附能力，最后将PD-L1单克隆抗体（anti-PD-L1 MAbs）通过共价键结合在光纤表面GO的羧基端用于PD-L1的特异性检测。实验结果表明：该免疫传感器对磷酸盐缓冲液中PD-L1抗原的检测范围为0.038~38.46 pmol/L，在0~2 pmol/L的低浓度区保持着良好的线性度，灵敏度约达0.114 nm/（pmol·L^-1），对PD-L1抗原的检测极限低至约0.076 pmol/L，解离系数约为2.801×10^-12 mol/L；当用于不同的健康血清样本和肝细胞癌（HCC）血清样本的临床免疫检测，对前者的响应极其微弱，而对后者具有明显的响应。因此，该免疫传感器在复杂血清环境下对PD-L1标记物具有良好的临床特异性，具有较大的应用潜力。

提出一种反射型极大倾角光纤光栅(ExTFG)悬臂梁振动传感器。从理论上分析ExTFG的弯曲应变特性和振动传感原理,并利用ANSYS构建有限元模型,对传感器进行模态分析和谐振特性响应分析,通过实验研究其在受到周期性载荷下发生弯曲振动的动态响应特性。结果表明:反射型ExTFG悬臂梁振动传感器对加速度连续性激励信号展现出良好的动态响应,可通过调节传感器长度实现其固有频率的改变,在1~5g范围内具有良好的线性响应,其最大加速度灵敏度相对于透射式ExTFG振动传感器提高了约2.5倍, 横电模和横磁模时的最大加速度灵敏度分别达到0.3 V/g和0.26 V/g。此外,该传感器的传感探头尺寸足够小,以ExTFG作为敏感单元,无需额外封装,在实际应用中具有潜在价值。

提出了一种光强解调型极大倾角光纤光栅（Excessively Tilted Fiber Grating, ExTFG）的龙门架低频振动传感器。首先分析ExTFG振动传感的基本原理和传感特性, 实验分析ExTFG的偏振相关谐振峰的损耗强度与横向压力的关系; 然后通过弹性膜片将PZT的振动信号转换为对传感器的横向压力; 再通过光电探测模块把光信号转化为电信号; 并且对输出信号进行FFT变换分析。实验结果表明, 所设计的传感系统对正弦信号频率响应时间为0.045s, 检测范围为1~10Hz, 平均误差为0.085Hz, 最大误差率为1.4%, 幅度响应的线性度为96.46%, 传感性能良好, 其FFT变换主频分量占80%以上, 对低频振动信号的传感与检测具有一定的指导意义。

降钙素原(Procalcitonin, PCT)对于反映患者炎症甚至败血症患病程度具有重要意义。为实现低浓度PCT的免标记检测, 利用极大倾角光纤光栅(Excessively Tilted Fiber Grating, Ex-TFG)的低温度交叉敏感性和高折射率灵敏度的优点, 在光纤的表面修饰金黄色葡萄球菌(Staphylococcus Aureus Protein A, SPA), 再将PCT单克隆抗体固定在SPA分子层, 从而构成对PCT具有特异性检测功能的免疫传感器。实验结果表明: 降钙素原含量为0.5ng/mL时, 谐振波长红移约13pm; PCT的浓度为200ng/mL时, Ex-TFG的红移量基达约125pm; 浓度为1000ng/mL时, 红移量趋于饱和, 最大红移量约150pm。通过对实验数据拟合, 发现Ex-TFG谐振波长的红移量与PCT浓度之间的关系满足Langmuir模型, 相关性系数为0.98。该方法为低浓度PCT的检测提供了一种免标记、快速的检测方法。

为提高现有光纤pH值传感器的检测灵敏度和检测范围, 降低弯曲以及温度交叉敏感的影响, 提出以pH值敏感型智能水凝胶为敏感膜的细直径极大倾角光纤光栅(Thin Excessively Tilted Fiber Grating, Thin-Ex-TFG)pH值传感器。理论上分析了影响传感器灵敏度的因素, 研究了提高传感器灵敏度的方案。然后, 制作出不同封装厚度的Thin-Ex-TFG pH值传感器, 进行实验研究。实验结果表明: Thin-Ex-TFG pH值传感器相比基于光纤Bragg光栅和长周期光纤光栅的pH值传感器, 检测灵敏度(最大可达-0.704 nm/pH)和响应范围(pH值2~7)均有提高; 与标准直径极大倾角光纤光栅相比, 其检测灵敏度也有所提升。此外, 增加水凝胶涂覆厚度或减少光纤光栅包层直径均能有效地提高pH值检测的灵敏度, 实验结果与理论分析吻合。