针对特定场合对光声光谱气体检测系统中光声池特征频率的设计需求，利用有限元分析法，以一阶圆柱形共振光声池为研究对象进行声学模态仿真，获得了前8阶声学模态；仿真分析谐振腔、缓冲室的半径和长度对光声池特征频率和光声信号强度的影响。仿真结果表明：当谐振腔半径为3 mm时，谐振腔长度为120 mm，缓冲室的半径、长度分别为14.7 mm、60 mm是光声池特征频率在1 400 Hz附近的最佳尺寸。

为了进一步增大光纤应力传感的测量范围, 设计了一种基于涡旋光束与平面波光束干涉的光纤马赫-曾德尔干涉型(MZI)应力传感器, 提出一种新型应力解调模型。利用主成分分析法提取了叉状干涉图样集的主要特征, 得到两光束间相位差与其对应干涉图样对于主要特征的相关系数之间的关系, 并根据应力-相位差关系, 进而得出了应力与相关系数之间的关系; 搭建了基于涡旋光束与平面波光束干涉的应力传感实验系统, 研究了系统的应力传感响应特性。实验结果表明: 该传感器的应力响应灵敏度为0.25694 rad/MPa, 最大应力测量量程为3392 με。

为研究不同材料对法布里-珀罗(F-P)干涉声传感器性能的影响。采用几种不同金属材料, 设计制作了基于光纤端面—膜片非本征型F-P干涉声传感器, 利用有限元方法对圆形振动膜片进行模态分析, 得到了一阶固有频率。实验结果表明: 由金、锌合金材料制作的传感器可探测较低声压, 且传感器灵敏度较高、对外界声波信号响应成良好的线性关系。

为了便于检测液体pH值, 通过将多模光纤剥除涂覆层后, 经过化学腐蚀, 在腐蚀区域涂覆对pH敏感的溶胶-凝胶膜, 从而制作了一种基于纤芯失配的马赫-曾德尔干涉pH检测传感器。使用光谱仪来检测该传感结构对pH样品溶液的响应光谱, 并对响应光谱数据进行分析。实验结果表明: 当样品溶液pH值在4.02~10.01范围时, 响应光谱波长漂移量与pH值变化呈良好的线性变化规律, pH值每变化1个单位, 所检测波谷中心波长向短波方向漂移567 pm。该传感结构经过涂敷之后具有良好的机械强度, 可更好地应用于液体的pH检测。

在色散补偿光纤上刻写光栅, 形成全光纤复合传感结构, 将干涉结构和光栅结构集成在同一段光纤内.分析了干涉包层模式和布拉格谐振峰对纵向拉力以及温度的响应机理.通过监测包层模式和布拉格谐振峰的波长漂移量, 建立矩阵方程, 实现对纵向拉力和温度双参量的同时测量.实验结果表明, 包层模式和布拉格谐振峰对温度的响应灵敏度分别为49.4 pm/℃和11.0 pm/℃, 包层模式对纵向拉力的响应灵敏度为1.05 pm/με, 布拉格谐振模式对纵向拉力的响应灵敏度为0.651 pm/με, 且这四个参数均表现出良好的线性度.该传感器结构采用低阶包层模式和纤芯基模模式, 对外界环境折射率不敏感, 能较好地应用于纵向拉力和温度的同时测量中.

利用平面波展开法对由硅(Si)介质柱构成的二维正方晶格光子晶体在TM模式下的能带进行计算。构造了光子晶体微腔,利用时域有限差分法对该光子晶体微腔的谐振特性进行了数值模拟,得到了缺陷态模场分布。考虑硅的热膨胀效应和热光效应对硅性质的影响,引入到光子晶体微腔谐振模式的计算中,模拟计算了微腔谐振波长随温度的变化关系。结果表明,随着温度的升高光子晶体微腔的谐振波长增大,温度每升高1 ℃,波长向长波漂移6.7 pm,而且具有良好的线性。光子晶体微腔的这种特性可以用于温度传感,具有一定的实用意义。

提出一种在光子晶体十字波导中加入点阵缺陷的特殊结构波导。采用时域有限差分法(FDTD)对该结构的导波特性进行数值模拟, 计算结果表明：含缺陷结构的光子晶体波导的透射光谱较不含缺陷结构光子晶体波导的透射光谱带宽变得更窄, 此结构具有窄带滤波作用。当改变波导中缺陷结构折射率取值时, 该波导透射光的中心频率随缺陷介质折射率的增大而线性减小。改变中心缺陷介质柱直径时, 该波导透射光波中心频率随介质柱直径的增大也呈逐渐减小趋势。这种光子晶体十字波导可作为一种窄带滤波器、分光器和可调式选频器等器件, 具有一定的应用前景。