纳米薄膜与光纤的结合为新型感测提供了各种潜在可能。为了分析温度敏感薄膜的膜系设计及其对光纤温度传感器传感特性的影响，根据光学薄膜理论和光纤传感器的温度感测原理，探讨了光纤温度传感器中敏感薄膜的膜系设计，并构建了薄膜型光纤传感器的温度传感特性模型。以测试系统的参数、性能以及其对干涉光谱的要求为基础，设计了对称性较好的法布里-珀罗薄膜腔。通过对比不同膜层厚度法布里-珀罗结构膜系的传感特性，筛选膜系，分析了高、低折射率薄膜材料的热光系数和热膨胀系数分别对温度传感特性的影响权重，为光纤温度传感器敏感薄膜的镀制及工艺制定提供理论依据。

设计了一种具有类电磁诱导透明(EIT)效应的高Q值太赫兹超材料。该结构单元由上下平行的双金属线及中间垂直的单金属线组成。分别对单金属线、双金属线及组合结构进行仿真，分析了组合结构中金属线的位置和尺寸对透射率及品质因数Q的影响。结果表明，随着单金属线的水平移动产生了类EIT效应，透射率和Q值随着偏移距离的增大而发生变化，通过调整结构和尺寸可以实现不同Q值。通过优化，当偏移距离为8 μm 时，在0.73 THz 附近得到一个3 dB带宽约为11.56 GHz的透明窗，相应的Q值为63.09，其透射率为0.50。最后，对谐振器的传感特性进行了测量，其折射率灵敏度为60.69 GHz/RIU，FOM值为5.25/RIU，具有优异的传感特性。

提出了一种H型金属孔阵列结构, 利用该结构形成的法布里-珀罗腔加强表面等离激元耦合作用, 以期获得较好的强透射现象。采用有限时域差分法(FDTD)对该结构进行数值仿真, 并详细研究了H型金属孔阵列中水平方向矩形孔和竖直方向的两相同对称矩形孔的长和宽等参数对强透射特性的影响; 同时研究了基于该现象的折射率传感特性。结果表明: 当水平方向矩形孔的长和宽分别为300和120nm、竖直方向的两相同对称矩形孔的长和宽分别为60和10nm时, 强透射现象较好, 并在此基础上获得了389RIU/nm的折射率灵敏度。这些研究结果有望为高性能微纳等离子体传感器的设计提供理论参考。

对锥形光纤光栅(TFG)的传感特性进行了理论分析,基于传输矩阵法分析了应力与温度对不同锥角TFG反射谱特性的影响。 研究表明随着应力的增大,TFG中心波长向长波长移动,反射带宽展宽。中心波长、反射带宽均与所施加的应力成线性关系。锥度越大,中心波长、 反射带宽的应变灵敏度越。温度逐渐升高时中心波长向长波长移动,反射带宽不变。增大锥度,中心波长、反射带宽均不变。TFG反射带宽与温度无关, 只依赖于应力大小,利用这一特性可以解决温度与应力交叉敏感的问题。

采用全矢量有限元法,研究了空气孔为正九边形周期性排列的全内反射型光子晶体光纤的温度传感特性, 分析了不同空气孔排列形状、占空比以及波长对温度特性的影响,并与正六边形结构的光子晶体光纤进行了对比。研究表明, 空气孔为正九边形周期性排列时, 光子晶体光纤模场分布随温度变化显著, 其有效折射率和限制损耗的大小与温度成反比。保持孔间距不变, 占空比越大, 输入波长越长, 灵敏度越高。在此基础上, 提出了一种正九边形熔接点为锥形的单模光纤-光子晶体光纤-单模光纤马赫曾德干涉仪温度传感器,当波长为1 550 nm, 占空比为0.6, 温度范围为-20～80 ℃时, 该传感结构的温度灵敏度为0.112 2 nm/℃。

研究了由硅微质量块 -悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝 (AlN)薄膜体声波谐振器 (FBAR)检测元件集成的 FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元 (FEA)静力学仿真，得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布；选取最大应力值作为载荷，基于第一性原理计算纤锌矿 AlN的弹性系数与应力的关系式，预测惯性力载荷作用下 AlN弹性系数的最大变化量；采用谐响应分析，预测 FBAR微加速度计的加速度 -谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下， FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移，灵敏度约为数 kHz/g；其加速度增量 -谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。

薄膜体声波谐振器(FBAR)力传感器作为一种新型的谐振式传感器, 力敏特性是其设计原理。以FBAR微加速度计为例研究了工作在纵波模式, 采用具有纤锌矿结构的AlN作为压电薄膜的FBAR, 施加应力载荷后, 其弹性常数改变导致FBAR谐振频率偏移的力敏特性。首先, 采用有限元(FEA)静力学仿真, 得到惯性力载荷作用下集成在硅微悬臂梁上的压电薄膜的应力分布;选取最大应力值作为载荷, 基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式, 预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量。其次, 采用谐响应分析, 对比空载和不同惯性力载荷作用下FBAR微加速度计的谐振频率和偏移特性, 预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。最后仿真分析得到: 惯性力载荷作用下, FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移, 灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。

光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性，为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性，分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响，并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.从简化模型的基本力学与光学特性出发，提出以光谱特性的边模抑制比和带宽作为评价光纤光栅器件疲劳的指标体系，以传感特性的灵敏度、线性度和应变传递效率作为评价粘接层疲劳的指标体系.设计了基于等强度梁的光纤光栅器件加速疲劳实验，疲劳的应力幅度为500微应变，频率为18赫兹；1000万次疲劳实验后，三支光纤光栅的带宽平均增加2.07%，平均应变传递效率和平均灵敏度分别下降4.5%和3.9%，实验结果说明提出的指标体系能有效地区分粘接层和光纤光栅的疲劳，从而验证了该评价理论的可行性.

在考虑波导效应、弹光效应等因素后，详细地理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的横向负载传感特性，包括谐振波长漂移及谐振峰分化后的双峰间距与横向负载、光偏振的关系，模拟计算了单模光纤长周期光栅的横向负载传感特性。理论分析和计算结果表明，长周期光纤光栅谐振波长随横向负载的漂移量和方向与光源的偏振方向有关，加载方向偏振光的谐振波长向短波长漂移，加载正交方向偏振光的谐振波长向长波长漂移，后者的漂移量为前者的2倍以上。横向负载产生的双折射使谐振峰分化为两个子峰，两子峰谐振波长及其间距与横向负载成线性关系，可用于横向负载的高灵敏绝对测量。该结论与已有的长周期光纤光栅横向负载实验结果一致。