基于单级虚像相位阵列（VIPA）的布里渊散射光谱信号检测技术具有结构简单、光通量高的特点，在透明生物组织弹性快速检测方面具有优势。眼角膜和晶状体是典型的透明组织，但由于单级VIPA光谱仪中布里渊信号易被弹性散射淹没，限制了其信噪比和分辨率的提高，成为临床进一步应用的技术瓶颈。针对这一问题，从理论和实验两方面探究了提升单级VIPA布里渊光谱检测系统性能的方法。利用VIPA的傍轴近似色散模型，理论分析了柱面透镜前准直光束的半径、柱透镜焦距、球面透镜焦距和VIPA倾斜角度对单级VIPA光谱仪色散率的影响。研究结果表明，影响色散率的主要因素是球面透镜焦距、VIPA倾斜角度和探测器分辨率。在实际测试系统中，对一种变焦镜头与高分辨CMOS相机结合的信号接收装置进行有效的参数设计与系统匹配，实现了色速率与散射信号强度的平衡，优化了光谱仪系统各项参数，提升了该检测系统的性能。应用该单级VIPA光谱仪，实现了猪眼角膜和晶状体二维频移成像。该研究结果对于单级VIPA光谱仪在临床诊疗领域的应用具有重要意义。

受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应等非线性光学效应一直以来得到广泛研究。回音壁模式光学微腔具有超高品质因子和极小模式体积，日益成为了非线性光学相关研究的重要平台之一。使用超精密加工技术制备了氟化钙晶体微腔，品质因子Q值达3.6×10⁸。搭建了基于光学微腔的非线性光学的实验平台，在连续波泵浦的条件下激发了氟化钙晶体微腔中的受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应。实验中记录了级联布里渊、布里渊耦合四波混频、拉曼辅助克尔、超宽拉曼光频梳等丰富的非线性光学散射效应。结果表明超精密加工得到的氟化钙晶体微腔在非线性光学中有着优异的表现，是研究非线性光学的理想平台。

钽铌矿中Ta和Nb元素含量极低，采用常规激光诱导击穿光谱（LIBS）技术面临检测灵敏度不足的问题，双脉冲LIBS技术可显著改善分析灵敏度，但设备成本高。为此，提出一种基于单激光分束构造的双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）技术对钽铌矿中Ta和Nb元素进行高灵敏度检测。在对离焦量、采集延时、激光能量等实验参数优化的基础上，建立了LIBS定量分析模型。结果表明：所提的DP-LIBS系统对Ta和Nb元素特征谱线强度比单脉冲LIBS增强3~4倍，检测灵敏度提高约2倍，Ta和Nb元素检出限分别达到195.91 μg·g^-1和81.79 μg·g^-1。为钽铌矿痕量Ta和Nb元素的快速高灵敏度定量分析提供了一种有前景的检测方法。

介绍了一种基于螯合剂功能化的拉锥光纤传感器，用于定量检测低浓度重金属铅离子Pb²⁺。该传感器由单模和四芯光纤制成，并对中间四芯光纤进行拉锥到直径15 μm。在此基础上，使用乙二胺四乙酸（EDTA）作为金属螯合剂固定在拉锥四芯光纤传感器表面，从而实现对铅离子Pb²⁺的高灵敏度检测。实验结果表明，该传感器对重金属铅离子Pb²⁺检测限为1 ng/mL。此外，该传感器具有良好的稳定性，以及制备工艺简单和响应速度快等优点。

为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL^-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。

为实现海水温度和盐度的同步测量，理论和实验研究了受激布里渊散射（SBS）频移和线宽相结合的数据反演方法。理论上根据经验公式，拟合了SBS频移、线宽随温度、盐度的变化关系。实验上测量了不同温度、盐度下海水的SBS频移和线宽，并利用理论反演模型反演分析了海水的温度和盐度。研究结果表明，利用频移和线宽相结合的方法可实现海水温度和盐度的同步反演，温度反演误差的最小值为0.04 ℃、最大值为0.41 ℃，盐度反演误差的最小值为0.09‰、最大值为0.65‰。

激光器受到诸如热波动和机械振动等低频因素扰动时会发生激光波长漂移和光强波动,进而会影响系统的测量精度。使用波长为2.73 μm的分布式反馈(DFB)激光器作为探测光源,搭建一套基于中空波导光纤的CO₂气体传感系统,该系统采用CO₂的三次谐波吸收信号(3f)来实现激光器的稳频,再利用谐波信号来反演CO₂的浓度。实验中对标准CO₂气体进行长时间测量,分别利用二次谐波(2f)、稳频条件下的二次谐波(2f-lock)、二次谐波比一次谐波(2f/1f)、稳频条件下二次谐波比一次谐波(2f/1f-lock)4种测量方法对系统进行分析。2f-lock条件下得到的系统测量精度为0.001255,比2f条件下的提高了2.4倍;2f/1f-lock条件下得到的系统测量精度为0.00138,比2f/1f条件下的提高了2.34倍。2f/1f-lock方法得到的系统稳定时间最长,为210 s,探测极限最低,为4.24×10 ^-5。综合分析,2f/1f-lock是4种方法中最优的。在2f/1f-lock条件下,对测得的数据进行Kalman滤波,得到滤波后系统的测量精度为0.0002786,相较于未滤波前提高了4.95倍。

对基于微锥的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构进行了理论和实验研究。与传统没有经过侧边抛磨的光纤MZI相比,可以看出控制光纤侧抛深度可以有效地提高MZI结构的折射率传感性能。研究结果表明:侧抛深度达41.7 μm时,折射率在1.34附近的传感灵敏度达-117.145 nm/RIU。利用侧抛光纤MZI结构结合亲水性材料氧化石墨烯(GO),通过将其沉积在侧抛光纤MZI表面,实现了对温度和湿度双参量的同时测量。温度和相对湿度(RH)的传感灵敏度分别达131.77 pm/℃和-76.1 pm/%RH。所提侧抛光纤MZI传感器结构具有灵敏度高、低成本和制备简单等优点,在生物化学传感领域具有广泛的应用前景。