总有机碳(TOC)是指溶解和悬浮在水中的有机物的总含碳量, 是以含碳量表示水体中有机物总量的综合指标。 TOC的测定通常采用的是国标燃烧法和湿化学法, 但这两种传统方法都具有测试方法复杂、测量时间长、速度慢等缺点, 对大气环境会产生一定污染且仅能在实验室内完成, 无法进行海水的原位在线测量。 而该研究采用紫外吸收光谱法测量TOC, 通过燕山大学自主研发的光谱技术与集成电路相结合研制的TOC光学原位传感器, 能够快速、不添加试剂、不产生二次污染的测量海水中总有机碳的浓度, 且可以不受实验室环境的制约实现海水TOC的在线原位测量。 将基于该方法研制的传感器进行实地下海实验, 测量不同海域（河北沧州黄骅港周边海域、秦皇岛市周边海域）的TOC值, 将传感器测量的结果与国标法测量结果的相关性、一致性、误差等方面进行对比。 结果表明: 在黄骅港海域采取的13个不同水样和秦皇岛周边海域采取的14个不同水样用国标法和TOC光学原位传感器测量的浓度值变化趋势基本一致, 有较好的相关性和一致性, 存在极个别水样产生偏离整体样本曲线的情况。 实验数据经过线性拟合结果显示相关性较好, 对两处不同海域的数据拟合曲线和常规残差分析, 显示黄骅港海域水样的拟合相关系数r为0.859 0, 残差平方和数值为0.165 4, 秦皇岛周边海域水样的拟合相关系数r为0.939 9, 残差平方和为3.513 1。 由于相关系数r=0.939 9＞r=0.859 0, 所以秦皇岛周边海域的水样线性拟合效果好于黄骅港实验。 常规残差0.165 4<3.513 1, 是因为秦皇岛周边一些样本如河流入海口是污染的重灾区, 生活污水和工业污水使水质存在更多干扰因素, 这些干扰因素对海洋TOC光学原位传感器的准确性和稳定性造成了一定的影响。 由于基于紫外吸收光谱法研制的TOC光学原位传感器与传统的国标法测量原理不同, 样本集比较少, 样本浓度覆盖面不大, 海洋环境复杂多变, 存在多种影响因素, 如浊度、 温度、 pH、 浮游生物等, 传感器无法彻底消除所有影响因素引起的误差, 所以测量结果与国标法结果存在一定的误差。 后续工作如何消除海洋环境复杂干扰因素的影响, 减小传感器测量值的误差, 使测量结果更加精确和真实, 需要进一步讨论和更加详细的分析和研究。

采取标准锌显色剂与锌发生显色反应, 生成不溶于水的絮状络合物。 用光谱仪测它的吸光度, 研究其特征谱与吸光度的特点, 建立其浓度与特征波长吸光度间的数学模型。 本文所采用的显色剂主要与锌、 铜、 镉、 镍四种离子发生络合反应。 因此分别探索了四种离子高浓度以及低浓度时显色反应的吸光度, 最终通过得到锌离子浓度与吸光度的关系式以及锌离子浓度与四波长下四种离子混合溶液显色后的吸光度的关系式, 给出了锌离子的吸光度与总吸光度的关系式。 显色反应能否满足分光光度法的要求, 主要与显色剂的性质有关, 同时显色反应的条件也至关重要。 因为在显色反应过程中, 主要是锌离子与锌显色剂发生络合反应形成络离子, 进而形成絮状络合物。 络离子一般比较稳定, 但在水溶液中也存在着电离平衡, 也就是说当显色条件发生变化时, 既有可能形成络离子, 也有可能发生络离子的分解, 从而影响络合反应的程度。 显色条件包括显色剂用量、 pH值、 反应温度、 显色时间、 待测溶液的盐度以及浊度等。 重点研究待测溶液的盐度对锌离子浓度测量值的影响, 并通过实验给出影响规律以及校正模型。

石墨烯因其独特的能带结构和卓越的电光特性，成为近年来的研究热点。石墨烯与光纤结合构成的石墨烯光纤是研究重点之一。论述了石墨烯结构及其基本特性。石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化轨道紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构材料，具有独特的零带隙能带结构，在机械、电学、光学和热力学等方面具有优异的特性。介绍了国内外石墨烯光纤器件的研究进展，及基于石墨烯光纤的激光器、调制器、表面等离子体共振传感器和偏振器的工作原理及器件特性，分析了石墨烯光纤存在的问题及发展趋势。

为了检测柴油煤油混合油的折射率特性, 利用耦合模理论分析长周期光纤光栅折射率传感特性, 建立长周期光纤光栅中心波长、透射谱峰值损耗与混合油品中柴油含量的关系.结果表明: 在混合油中, 随着柴油含量的增加, 长周期光纤光栅波长发生蓝移, 当柴油含量达到使混合油折射率等于包层折射率时, 中心波长漂移最大, 柴油含量每改变1%, 中心波长平均漂移0.622 7 nm; 柴油含量继续增加, 混合油折射率大于包层折射率时, 光栅中心波长基本保持不变, 但是峰值损耗逐渐增大,带宽减小, 之后柴油含量每增加1%, 峰值损耗线性增加0.154 6 dB.该方法在检测混合燃料各组分含量具有潜在的应用前景.

石墨烯具有特殊的二维柔性结构,可调控费米能级特性和优异的光学、电学性能。利用有限元法，对覆石墨烯微纳光纤光场调控进行理论分析，通过改变石墨烯与缓冲层结构覆微纳光纤的角度，破坏光纤的对称性结构，使光纤具有双折射特性，双折射度大小与石墨烯覆盖角度有关；通过外加电压的方法改变石墨烯的化学势，可对光纤进行开关调控，由此设计出一种包覆石墨烯的微纳光纤电吸收型调制器并进行性能分析。通过数值分析可发现当覆盖光纤角度为270°时，1550 nm处双折射度可达1.23×10-3；电吸收调制器工作在1550 nm时，器件长度为18 μm，消光比为7 dB，3 dB带宽可达到927 MHz，插入损耗为0.58 dB。

在基于微波电光调制的布里渊光时域反射分布式温度传感系统中, 使用微波扫频会造成电光调制器输出的参考光功率波动, 根据相干检测的原理, 参考光功率的波动会影响到测得的后向布里渊散射信号的功率, 将直接影响布里渊散射谱的测量精度, 导致较大的温度测量误差。因此, 提出一种根据电光调制器输出光功率反馈调节微波源功率, 以稳定布里渊光时域反射系统参考光功率的方法。实验结果表明, 该方法可以有效抑制电光调制器输出的一阶边波带峰值功率的波动, 使系统的温度测量精度从 6℃提高到了 2℃。

研究了多重曝光诱导载氢光纤布拉格光栅折射率变化的机理及规律.基于二步法的光敏模型分析了多重曝光下载氢光纤光栅的折射率变化,得到了不同初始折射率分布下多重曝光量增长与光栅折射率变化的关系,建立了光纤光栅平均折变量和调制折变量变化数学模型；采用193 nm 紫外激光实验研究了布拉格光栅在多重曝光过程中波长、反射率的变化特性.研究结果表明,多重曝光下光栅中心波长红移,红移量与再曝光条件有关；光栅反射率先增大后趋于稳定,反射率增长速度与再曝光条件有关,趋于稳定的极值由光栅初始曝光分布决定.

藻红蛋白 (Phycoerythrin, PE)是衡量水体中藻类富营养化的一个重要指标, 可见光吸收法具有测量快速、准确、无二次污染、可实现在线和原位测量等优点。因此, 本文提出采用可见光吸收法测定水中藻红蛋白含量。以藻红蛋白标准液为研究对象, 采集 5~250 mg/L不同浓度标准液的可见光吸收光谱, 对藻红蛋白进行定性定量分析。同时, 对光谱的不同谱区预处理后, 运用偏最小二乘法 (PLS)建立可见光吸收光谱下的藻红蛋白校正分析模型, 并与主成分回归法 (PCR)进行比较。实验结果表明, 采用 PLS算法在谱区 480~570 nm建立的校正分析模型的相关系数 R2可达 0.993, 校正标准差 RMSEC与相对标准差 RSD最小, 分别为 5.578 3和 3.92%。

由于布里渊光时域反射(BOTDR)系统中布里渊散射信号非常微弱，常常导致传感距离受限，进而影响系统的信噪比和测量精度。因此，提出对BOTDR系统中布里渊散射信号的前向和后向拉曼放大进行研究。实验结果表明，后向抽运拉曼放大的受激布里渊散射(SBS)阈值要比前向抽运的高；当抽运功率为700 mW时，前向抽运放大增益可达13.78 dB，随后出现二阶布里渊散射谱线，使得放大增益开始下降；当抽运功率为1000 mW时，后向抽运放大增益可达16.33 dB，随后放大增益仍有增长的趋势，有利于对布里渊背向散射信号持续放大。

研制了一种直接熔融塌陷锥形光子晶体光纤(PCF)马赫曾德尔干涉仪(MZI)传感器，它是通过电弧放电的方法使光子晶体光纤空气孔受热塌陷，从而直接在光子晶体光纤上形成一个锥区制作而成的，可通过控制电弧参数以及放电次数来灵活控制锥区结构。研究了不同锥区长度下的输出光谱及其传输光谱随外界(RI)折射率的变化关系。实验结果表明，随着锥区长度的增加，在整个波长范围内MZI输出光谱的自由光谱区减小，且自由光谱区在1554.34 nm波长附近由33.38 nm减小到7.86 nm。在1.3414~1.3862折射率变化范围内，该传感器的折射率测量灵敏度可达276.38 nm/RIU(RIU为折射率单位)。