设计了工作在近红外波段的硅基马赫-曾德尔干涉仪(MZI)折射率传感器。理论和仿真模拟分析表明,通过改变MZI的结构参数可以对输出干涉谱的色散转折特性进行调控,经过优化后色散转折点(DTP)所对应的波长可以调至近红外波段(1550 nm),通过改变MZI周围的环境折射率(SRI)可以使折射率灵敏度达到37500 nm/RIU。由于DTP两侧的干涉条纹对外界折射率响应有相反的特性,将干涉波谷的相对漂移量作为检测对象,能够将灵敏度提高2倍,即75000 nm/RIU。不同于常规基于光栅和波导耦合构架的DTP传感器,所设计的DTP结构中两个干涉模式互不相关且均可独立调控,并可根据需要灵活调控色散转折波长。

为给倾斜长周期光纤光栅在折射率传感领域的合理应用提供理论参考，通过光学仿真软件分别模拟了不同包层模式、不同包层半径情况下有效折射率及谐振波波长漂移量的变化规律。仿真结果表明: 光栅各阶包层的有效折射率均会随环境折射率的增大而增大，且半径越小的高阶包层模灵敏度越高；根据谐振波波长偏移量与环境折射率的变化规律，在实际应用中可以选择不同的参数来满足不同的灵敏度需求。

利用OptiGrating软件研究了TFBG(倾斜光纤光栅)在环境折射率变化极其微小的情况下不同模式的光谱特性。结果表明, 微小环境折射率的变化对纤芯模与幻影模的影响甚微, 却对包层模影响较大。由于变化极小, 包层模谐振波长的漂移可以忽略, 只需考虑谐振峰深度的变化。发现波长在1 542 nm附近的高阶包层模对环境折射率高度敏感, 并且在一定的范围内灵敏度极高, 最高可达10-5 量级, 在高精度折射率传感领域前景广阔。

基于单模微纳光纤基模有效折射率色散方程和光纤布拉格光栅谐振方程，研究单层结构光纤布拉格光栅光谱特性，并用FH酸化学腐蚀法制得单层结构布拉格光栅.理论和实验结果表明：随着光栅半径减小，单层结构光纤布拉格光栅谐振波长蓝移，且谐振波长个数由5个减少到1个，直至最后完全消失；随着光栅外环境折射率的减小，截止半径缩短，当折射率降到1时，截止半径减为0.55 μm.

基于严格的光栅三包层模型及其色散方程, 对镀膜长周期光纤光栅的折射率传感特性进行了详细的研究。研究发现, 镀膜长周期光纤光栅的谐振波长随环境折射率的变化而变化, 而且这种变化有一个跳跃, 跳跃后的变化与跳跃前相同: 如跳跃前向短波方向漂移, 则跳跃后也向短波方向漂移。镀膜后, 长周期光纤光栅的折射率探测范围得到拓宽, 而且探测的灵敏度比没有镀膜时高一个数量级以上。薄膜厚度越接近最优厚度(OOT), 镀膜长周期光纤光栅的灵敏度越高。

本文展示一种由两根微米光纤构成的耦合型环境折射率传感器.微米光纤表面存在倏逝波,芯外介质折射率微小的改变将引起倏逝场分布变化,从而导致能量在耦合器两臂中的重新分配.本文通过测量耦合器两端出射光功率的比值来对葡萄糖溶液的浓度进行传感,实验结果表明该微米光纤耦合型传感器的浓度传感灵敏度可达1.58 mol·L－1.本文用耦合模理论详细分析了两根相邻微米光纤的耦合效率与芯外介质折射率之间的关系,发现减小耦合区的光纤的直径,增大入射光波长或增大耦合长度,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度.

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件，表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合，因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论，首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长，并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性，讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系，并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下，谐振波长随环境折射率变化的规律.