为了探索一种高灵敏折射率传感器，基于CO₂激光技术制备出双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）。首先，利用CO₂激光器在腐蚀包层后的传统单模光纤和80 μm弯曲不敏感光纤上制备出周期分别为196 μm和73 μm的双峰谐振LPFG，证明了采用CO₂激光微加工技术在单模光纤上制备短周期LPFG的可能性。其次，利用CO₂激光器直接在2种80 μm单模光纤上制备出周期分别为110 μm和115 μm的双峰谐振LPFG。实验结果表明：在2种80 μm单模光纤上制备的LPFG具有谐振损耗大，插入损耗小和折射率灵敏度高等优点。基于以上优点，采用CO₂激光技术制备的双峰谐振LPFG在生物、化学及环境参数检测等重要领域的应用具有较大潜力。同时，也提供了一种操作简单、低成本制备双峰谐振LPFG的方法。

H9N2亚型禽流感病毒(AIV)虽为低致病性AIV,但严重危害养禽业的健康发展和公共卫生系统。快速有效的检测方法有利于病毒的早期诊断、预防及控制。提出一种高特异性、低检测极限(LOD)的纳米二氧化钛(nano-TiO₂)粒子修饰双峰谐振长周期光纤光栅(DR-LPFG)的检测H9N2 AIV的光学生物传感器。利用改性nano-TiO₂粒子修饰DR-LPFG,再将抗H9N2单克隆抗体分子(anti-H9N2 MAbs)与TiO₂表面羧基以共价键结合,固定于光栅表面制得生物传感器。该传感器机理在于测量固定在DR-LPFG表面的anti-H9N2 MAbs与H9N2 AIV抗原的特异性结合引起光栅双峰谐振波长间距(Δλ)的变化。实验结果表明:在折射率为1.3320~1.3760时,nano-TiO₂修饰DR-LPFG的Δλ灵敏度为~1063.44 nm/RIU(RIU为折射率单位)。该生物传感器对H9N2 AIV的LOD为~2.7 ng/mL,相较采用Eudragit L100共聚物修饰DR-LPFG的生物传感器的LOD,提高了约96.1%,检测饱和浓度为50 μg/mL,对H9N2 AIV的亲和系数为~3.57×10 ⁸ mol ^-1·L,对H9N2 AIV具有高特异性,且能实现快速检测,在临床诊断、药物分析等生物医学领域有较大应用潜力。

在少模光纤中写制的纤芯LP₀₁模式向纤芯LP₁₁模式耦合的长周期光纤光栅具有双谐振耦合现象,且该双谐振耦合峰随着温度或应变的增加向相反的波段漂移,从理论和实验上揭示了该现象产生的机理,并基于该现象及特性设计了温度、应变双参量传感器。与传统的基于纤芯基模与包层模耦合的长周期光纤光栅传感器相比,该传感器具有折射率不敏感、光谱稳定、灵敏度高等优势。

利用镀自组装薄膜的双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）实现了高灵敏的折射率传感，给出了提高镀膜双峰谐振光纤光栅对环境折射率（SRI）灵敏度的途径。确定最佳镀膜厚度，使光纤包层模位于模式转换区附近；调整光纤半径，使镀膜后光栅的双峰位于相位匹配转折点(PMTP)附近，给出了确定最优膜厚和光纤半径的方法。将不同半径的双峰光栅镀自组装聚丙烯胺盐酸盐(PAH)/聚丙烯酸 (PAA)薄膜后，放入不同浓度的葡萄糖溶液中进行折射率传感实验。结果表明：通过优化光纤半径和薄膜厚度，镀膜后工作于模式转换区附近和PMTP附近的双峰光栅对1.333~1.372范围内折射率的灵敏度高达3985 nm/RIU（RIU为单位折射率），明显高于不在模式转换区或PMTP附近的光栅，亦高于已报道的非双峰镀膜长周期光纤光栅。

利用长周期光纤光栅(LPFG)的双峰谐振效应，结合LPFG 传感器工作于近相位匹配转折点(PMTP)附近的高灵敏度，提出了一种新型的长周期光纤光栅应变传感器的设计方法。利用LPFG 相位匹配条件，分析了长周期光纤光栅近PMTP 附近的双峰谐振特性、应变传感特性，发现双峰波长间距对微小应变具有很高的响应度和线性度。进一步讨论了光栅结构参数和包层直径对双峰LPFG 应变灵敏度的影响，发现光栅周期对该传感器的应变灵敏度、线性度和应变测量范围具有很大的影响；光栅长度对谐振峰高度和宽度有较大影响，直接关系到传感器寻峰精度；通过增大包层直径，可以进一步增大应变灵敏度。结果表明，通过选取适合的光栅结构参量和包层半径，该传感器应变灵敏度可比一般长周期光纤光栅应变传感器的应变灵敏度提高2 个数量级。这为设计高应变灵敏度双峰谐振LP?FG 应变传感器提供了结构优化的理论支持。

基于耦合模理论, 首先研究了镀膜长周期光纤光栅(LPFG)高阶包层模的模式转换, 划分了高阶包层模的非模式转换区及模式转换区。 分析了高阶包层模有效折射率随薄膜厚度增加的响应特性, 包层模谐振波长在模式转换区的偏移量要大于非模式转换区。 在此基础上, 研究了不同包层半径下高阶包层模谐振波长随光栅周期的变化情况, 结果表明, 相同包层半径下模式转换区内双峰间距的偏移量大于非模式转换区;无论在模式转换区还是非模式转换区, 包层半径的减小将增加双峰间距的偏移量。 最后分析了不同包层半径下的高阶包层模双峰透射谱在模式转换区及非模式转换区内的折射率响应, 进而提出了薄包层镀膜LPFG的优化设计方案, 当选定敏感膜层厚度及折射率处于镀膜LPFG的模式转换区内, 光栅周期靠近相位匹配转折点时, 将得到灵敏度高于传统LPFG双峰传感器的镀膜LPFG折射率型双峰传感器;而减小包层半径, 将进一步提高传感器的分辨本领。

基于严格的相位匹配公式, 在充分考虑材料色散的基础上, 详细研究了镀膜长周期光纤光栅的双峰谐振效应。研究发现, 随着环境折射率的变化, 发生谐振的双峰也发生变化, 且变化趋势相反。给出了镀膜长周期光纤光栅双峰谐振波长之间的距离随环境折射率变化的关系, 并与普通长周期光纤光栅的同等情形进行了比较, 发现镀膜长周期光纤光栅的双峰谐振能够极大提高长周期光纤光栅的折射率灵敏度。但由于发生双峰谐振需要的包层模式次数较高, 故其探测范围比应用低次耦合的单峰探测范围要窄。

利用长周期光纤光栅（LPFG）中的双峰谐振效应，结合表面等离子体共振（SPR）传感器的高灵敏度，提出了一种新型镀金属光纤光栅液体浓度传感器。采用双包层结构模型和耦合模理论，分析了镀金属长周期光纤光栅双峰效应的谐振特性，环境折射率的传感特性以及金属膜厚对双峰LPFG灵敏度的影响。实验上制作了具有双峰效应的镀银膜长周期光纤光栅，并进行了NaCl盐溶液浓度的监测实验。结果表明，随着盐溶液浓度的增大，双峰谐振峰相互远离，各自向短波和长波方向偏移。选择银膜厚为103 nm的光纤光栅传感器，对溶液折射率分辨率可达1.8×10-5。进一步通过与基于双峰效应的无镀膜光纤光栅和普通单峰光纤光栅的盐溶液传感实验的比较，表明基于双峰效应镀金属长周期光纤光栅传感器对溶液浓度的监测灵敏度明显高于前两者。

采用严格的耦合模理论,通过求解表面镀层长周期光纤光栅的特征方程,给出了双峰谐振波长的确定方法,以及它与光栅周期和模式序数之间的关系。结果表明,对应于较高次的包层模式,存在双峰谐振现象,且包层模式序数越高,与芯模产生谐振耦合所需的光栅周期越小。进一步讨论了双峰谐振波长的间距随薄膜参量与光栅参量变化的关系,描绘了这些参量对透射谱衰减谐振峰的影响,理论分析结果与X. W. Shu的无镀层长周期光纤光栅实验结果一致。这些研究为建立高灵敏的双峰谐振薄膜传感器提供了结构优化的理论支持。