为实现大气污染物中氨气（NH₃）的快速、准确测量，本文提出了一种基于氧化锌（ZnO）涂层单模-无芯-单模（SNS）光纤结构的高灵敏度NH₃传感器。该传感器利用的是ZnO膜层吸附NH₃后自身折射率改变，进而导致无芯光纤干涉谱谐振波长发生变化的特性。通过建立NH₃体积分数与谐振波长偏移量的关系，最终实现了NH₃体积分数的测量。本文基于模式传输理论对ZnO涂层SNS传感器的光谱特性进行了仿真，仿真结果显示：当ZnO膜层的折射率从1.929变化至1.889时，60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。制备了ZnO膜厚分别为60 nm和130 nm的SNS传感器，其在NH₃体积分数为0~42.0×10^-6环境下的灵敏度相差不大，这主要是由ZnO对NH₃的吸附饱和引起的。进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器的平均灵敏度为16.87×10⁶ pm，检测限为6.6×10^-6，响应时间和恢复时间分别为70 s和90 s。随着温度由16.5 ℃升至56 ℃，该传感器对NH₃的检测灵敏度从17.96×10⁶ pm降低至7.57×10⁶ pm，温度和时间对检测限的影响分别为0.0237×10^-6 ℃^-1和0.026×10^-6 d^-1，该传感器具有较好的稳定性。

该文介绍了一种基于马赫-则德尔干涉仪(MZI）与二甲基硅油(DSO)相结合的高灵敏度光纤温度传感器。传感器由MZI及填充在其表面的DSO组成。MZI由单模光纤-锥形无芯光纤-单模光纤构成。填充DSO后，MZI的谐振峰向右有小的漂移。通过跟踪MZI谐振峰波长随温度的变化，对环境温度进行测量。经测试，传感器的温度灵敏度为-97.7 pm/℃，而未填充DSO的MZI温度灵敏度为-50.1 pm/℃，传感器灵敏度提高了约1.95倍。该传感器具有结构制作简单，造价低及灵敏度高等优点，具有一定的应用前景。

该文设计并制作了一种基于熔融拉锥技术的温度和折射率传感器。该结构是将一段单模光纤(SMF)两端级联无芯光纤(NCF), 并通过火焰熔融拉锥技术把中间的单模光纤进行拉锥处理, 从而构成了马赫-曾德尔光纤干涉仪(MZI), 两个无芯光纤分别充当分束器和耦合器。实验研究了该传感器对于温度和折射率的光谱响应特性, 研究表明, 当温度升高时, 透射光谱出现红移现象, 其响应灵敏度为43.96 pm/℃, 线性度为0.990 5。当传感结构置于折射率1.341 6~1.382 32的蔗糖溶液中时, 透射光谱强度随着折射率的增加而变大, 其响应灵敏度为366.68 dB/RIU, 线性度为0.989。

在实际工程中, 光纤弯曲传感器有很大的市场需求。该文利用长周期光纤光栅与无芯光纤串联在1根光纤上构成传感器, 实现对弯曲的传感测量。无芯光纤与长周期光纤光栅级联后, 输出的透射谱中产生了大量对弯曲敏感的谐振峰, 实验考察了波峰1、2的中心波长随弯曲曲率的变化关系。研究结果表明, 波长漂移量与弯曲曲率间存在很好的线性关系, 实验测得弯曲灵敏度分别为-12.51 nm/m-1与-12.504 nm/m-1。该传感器具有结构简单、弯曲灵敏度高,成本低,重复性好等优点, 在大型建筑物与桥梁等弯曲测量领域具有一定的应用价值。

设计并制备了一种基于金属有机骨架(MOF)的光纤传感器,该传感器包括通过在无芯光纤两端熔接单模光纤所构建的单模-无芯-单模结构,以及采用原位结晶技术在无芯光纤表面生长的ZIF-8纳米薄膜。光信号从单模光纤耦合进无芯光纤时会激发出多种高阶模式并形成多模干涉,干涉结果对无芯光纤周围折射率的变化异常敏感。利用ZIF-8材料的多孔性和对乙醇分子特异性吸附能力,吸附乙醇分子后的ZIF-8纳米薄膜因孔隙被填充,其折射率将发生变化,改变了无芯光纤中多模干涉条件,导致其透射谱线发生偏移,从而实现水溶液中微量乙醇的检测,实验结果表明传感器最低检测乙醇体积分数可达1%,灵敏度为1.3 nm·% ^-1。该传感器结构简单,易于制备,在水中微量有机分子检测方面具有一定的应用前景。

基于多模干涉理论和自映像效应, 设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱, 讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备, 测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱, 实验结果与数值模拟结果一致。结果表明：在折射率1.330~1.419范围内, 透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU, 透射率灵敏度达到-40%/RIU。

本文提出了一种磁流体包覆的无芯-三芯-无芯光纤结构的磁场传感器。将两段2 mm的无芯光纤熔接在50 mm的三芯光纤两端, 并将此结构插入70 mm长的毛细管中, 通过向毛细管里注射磁流体, 使无芯-三芯-无芯这一结构浸没在磁流体里。无芯光纤用来激发三芯光纤的包层模, 并实现模间干涉。通过测量透射谱波谷波长的漂移或探测透射谱波谷的强度损耗可以实现对磁场强度的检测。实验结果表明: 该传感器在磁场强度为8~16 mT内, 透射谱的特征波长漂移随之线性变化, 在1 606 nm附近的波长漂移灵敏度为68.57 pm/mT; 该波长附近的透射谱强度损耗变化在相同的磁场强度范围内呈现良好的线性度, 对应的强度灵敏度为0.828 7 dB/mT。该传感结构制作简易, 灵敏度高, 成本低廉, 在磁场传感领域中有一定应用价值。

针对分子生物学与环境监测领域高灵敏度特异性检测需求, 提出一种基于反射光谱特征辨识的单端反射式光纤折射率传感器模型, 并给出了这种基于多模干涉原理的单模光纤-无芯光纤(Single mode fiber-No core fiber, SM-NCF)串接结构传感机理及其理论模型。 无芯光纤实质上是一种结构特殊的多模光纤, 在实际应用中无芯光纤结构本身作为纤芯, 外界环境介质当作包层, 构成光波导结构。 这与普通多模光纤相比, 不需要采用氢氟酸对多模光纤的包层进行化学腐蚀, 不会降低光纤的机械性能, 也不会破坏芯模传输条件, 可以更好的实现对周围环境折射率的传感监测。 当无芯光纤所处外界环境折射率发生改变时, 其波导结构和包层有效折射率均会发生改变, 从而引起传输光信号的纵向传播常数和模场分布也会随之发生改变, 最终导致不同波长对应传输光功率的变化。 上述效应反映在反射光谱上, 即干涉波谷对应的谐振波长、 波谷峰值强度以及半波宽度发生相应变化, 通过辨识该反射光谱特征就可实现对外界环境折射率的测量。 借助光束传播法(BPM), 数值模拟得到无芯光纤长度分别为自映像距离和非自映像距离时的SM-NCF内部光场能量分布规律, 并制作了无芯光纤长度分别为自映像距离和非自映像距离的SM-NCF光纤折射率传感探头, 将作为传感区域的无芯光纤一端与标准单模光纤熔接, 采用磁控溅射技术在无芯光纤另一端面镀上金膜, 用以提升反射光谱强度。 在此基础上, 搭建了基于SM-NCF终端反射型的光纤折射率试验系统, 并开展了相关实验研究。 研究结果表明, 当无芯光纤长度是15 mm(自映像距离)时, 随着液体折射率从1.331 5依次增大至1.390 2, SM-NCF反射光谱逐渐向长波方向偏移, 其反射峰谐振波长对应的折射率灵敏度约为197.57 nm·RIU-1, 相关系数为0.93; 反射峰值强度也呈现逐渐降低趋势, 其折射率灵敏度约为-62.80 dB·RIU-1。 当无芯光纤长度是20 mm(非自映像距离)时, 随着液体折射率依次增大, SM-NCF反射光谱呈现明显双峰现象, 且均逐渐向长波方向偏移, dip2谐振峰波长折射率灵敏度约为133 nm·RIU-1, 相关系数为0.96; 反射峰值强度也呈现逐渐降低趋势, 其折射率灵敏度约为-31.66 dB·RIU-1。 对比分析可知, 不论是从反射峰谐振波长偏移的角度, 还是从反射峰值强度的角度, 自映像距离长度对应的 SM-NCF终端反射型光纤传感器均具有较高灵敏度。 对于相同折射率液体环境, 非自映像距离长度对应的SM-NCF反射光谱半波宽度与自映像距离长度相比, 呈现显著变窄趋势。 相对于SMS透射型传感结构, 当传感区域长度相同时, SM-NCF反射型结构能够实现对光波信号的往返两次调节。 这种终端反射型SM-NCF传感器改进了传统透射型折射率传感器不便与待测液体相接触的缺点, 具有结构简单、 易于制作、 抗电磁干扰能力强以及便于远程遥测等优点, 能够为后续生化与环保监测领域研究应用提供有益支持。

基于磁流体包覆的无芯-单模-无芯光纤的磁场传感结构中,无芯光纤起激发单模光纤的包层模并实现芯模-包层模干涉的作用.实验测量了该传感结构在不同外界磁场强度和温度下的透射光谱, 研究了其磁场传感性能及环境温度对传感性能的影响.结果表明, 随外界磁场强度的增加, 波长在1 462 nm和1 477 nm位置附近的干涉谷均发生红移, 其相应的磁场传感灵敏度分别为67.28 pm/Oe和49.82 pm/Oe；波长在1 462 nm位置附近的干涉谷随温度的增加发生蓝移, 干涉谷随温度变化的灵敏度为37.8 pm/℃, 该传感结构制作简单、灵敏度高, 有很好的应用前景.

提出了一种基于无芯光纤的单模多模单模（SMS）结构的折射率光纤传感器并对其进行了理论和实验研究。用一种新颖的无芯光纤来作为SMS结构中的多模波导，避免了常规SMS折射率传感器制作过程中的化学腐蚀所带来的问题，具有易于设计和制作的优点。制作了一支基于无芯光纤的SMS折射率光纤传感器，并用具有不同折射率的蔗糖溶液对其进行了实验测试，在1.356～1.392的折射率范围内得到了431.4 nm/RIU的平均折射率灵敏度，实验结果与模拟结果符合得很好。进一步的理论研究发现，通过减小无芯光纤的直径可以进一步提高传感器对折射率的灵敏度。