结合笼形分子（Cryptophane-E）对甲烷气体的选择性吸收特性，提出了一种基于双层薄膜的高灵敏度长周期光纤光栅（LPFG）甲烷体积分数传感器。通过减小包层直径使低阶包层模式LP₀₆工作在色散转折点（DTP）附近，并在光纤表面涂覆厚度经过优化的TiO₂薄膜，以确保包层模式LP₀₆在模式转换（MT）区内与纤芯模式LP₀₁耦合，从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。由于甲烷气体分子会改变最外层Cryptophane-E薄膜的材料折射率，进而改变包层模式的有效折射率，因此通过监测共振波长的移动即可实现对甲烷气体体积分数的测量。在DTP和MT效应的共同作用下，当甲烷气体体积分数从0%变化到3.5%时，所提的LPFG传感器平均灵敏度高达249.6 nm/%。此外，针对本传感器在不同甲烷体积分数下的非线性响应特征，设计了反向传播（BP）神经网络信号解调算法。研究结果表明：在甲烷气体体积分数变化范围内，其最大预测误差为0.008%，该传感器良好的性能使其在煤矿安全监测等领域具有潜在的应用价值。

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。

为解决干涉型锥形微纳光纤传感器结构尺寸长、加工重复性低的问题,设计了一种非绝热锥形微纳光纤传感结构。首先基于光纤模式理论研究了干涉型锥形微纳光纤传感器的传感灵敏度对腰部直径的依赖关系及其不同部位的传感特性,并研究了非绝热条件下在光纤拉锥过程中进行模式控制的方法。在此基础上设计并制作了腰部直径为3.1 μm、锥腰长度为1.1 cm的锥形微纳光纤传感结构,其低折射率检测灵敏度高达90250 nm/RIU。该结构具有尺寸短、加工重复性好的特点,为实现传感器的小型化、集成化提供了基础,有望用于生物医疗、环境监测等领域。

利用长周期光纤光栅(LPFG)的双峰谐振效应，结合LPFG 传感器工作于近相位匹配转折点(PMTP)附近的高灵敏度，提出了一种新型的长周期光纤光栅应变传感器的设计方法。利用LPFG 相位匹配条件，分析了长周期光纤光栅近PMTP 附近的双峰谐振特性、应变传感特性，发现双峰波长间距对微小应变具有很高的响应度和线性度。进一步讨论了光栅结构参数和包层直径对双峰LPFG 应变灵敏度的影响，发现光栅周期对该传感器的应变灵敏度、线性度和应变测量范围具有很大的影响；光栅长度对谐振峰高度和宽度有较大影响，直接关系到传感器寻峰精度；通过增大包层直径，可以进一步增大应变灵敏度。结果表明，通过选取适合的光栅结构参量和包层半径，该传感器应变灵敏度可比一般长周期光纤光栅应变传感器的应变灵敏度提高2 个数量级。这为设计高应变灵敏度双峰谐振LP?FG 应变传感器提供了结构优化的理论支持。

研究了镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)工作于相位匹配转折点(PMTP)时的大间隔双峰滤波特性。LPFG工作于PMTP时，纤芯模与高次包层模耦合产生的损耗峰3 dB带宽可达288 nm以上，在此LPFG中点引入单个π相移时在中心波长两侧出现的两个阻带峰间隔达388 nm，远大于低次包层模耦合π相移LPFG的双峰间隔。在LPFG中均匀地引入M（M>1）个π相移时，双峰间隔随M的增大而增大，M为奇数时，中心波长损耗为0；M为偶数时，中心波长损耗随M的增大而减小。薄膜折射率与厚度的增加都将使两个阻带峰向短波长方向移动并增大双峰间隔。光栅长度的增大在改变双峰峰值损耗的同时使双峰间隔逐渐减小。

对光反馈自混合干涉信号波形转折点的智能识别进行了理论分析和实验研究。首先经对光反馈自混合干涉信号特点的分析，发现其波形转折点可以作为外部物体运动位移实时测量的依据。通过对信号波形的逐步处理可以获得波形转折点的位置，以此为基准点可以实现位移的精测。实验测试结果同理论分析吻合较好。若系统进入较复杂状态，识别出的位置与其实际位置出现偏差，不再是单一值，可以对转折点位置的所有值取平均，从而得到其对应的精确位置。

证明了渐变折射率光波导转折点外的模场呈简单的指数衰减形式,指数衰减系数可用一恒定的等效折射率定义。