提出一种反射式微纳光纤耦合器传感膜片，以实现高精度、连续和无创血压监测。该传感膜片由反射式微纳光纤耦合器、聚二甲基硅氧烷薄膜和环氧树脂基底组成，具有很高的压力灵敏度（-0.682 kPa^-1），且无需精确空间对准即可实现脉搏波检测；然后，构建双通道脉搏波检测系统，以获得肱动脉传导时间、桡动脉传导时间以及桡动脉和肱动脉之间的传导时间差值；基于上述参量，利用支持向量回归算法建立血压预测模型。实验结果表明，所提系统的收缩压平均偏差和标准偏差分别为0.08 mmHg和1.13 mmHg，舒张压的平均偏差和标准偏差分别为-0.35 mmHg和1.25 mmHg，符合美国医学仪器促进协会的标准，与其他类型的传感器相比，所提系统的准确度有明显提高。使用该系统监测一天内以及运动时的血压波动，结果表明该系统在连续精准测量血压方面具有可行性及很大的应用潜力。

针对双螺旋结构微纳光纤耦合器（DHMC），理论研究其游标效应的内在机理和光谱特性。实验制备直径为5~7 μm的DHMC，并研究其应变、温度以及折射率的传感特性，采用快速傅里叶变换（FFT）并利用带通滤波对特征干涉光谱数据进行提取，分别得到在x、y正交偏振态下的干涉光谱以及它们叠加形成的游标光谱。实验结果表明：制备的DHMC的结构参数及光谱特性与基于理论分析的预测基本吻合；DHMC的x、y偏振态干涉谱叠加形成的游标效应光谱与x、y正交偏振态下的干涉光谱相比较，对应变和温度传感呈现出减弱的光学游标效应，而对折射率传感则呈现出增强的光学游标效应。以上研究结论对DHMC的制备及其在折射率、温度及应变传感中的应用具有实际指导意义。

为了对微纳光纤耦合器进行研究, 采用光束传播法, 在不同熔融区长度和不同波长输入光情况下对微纳光纤耦合器的熔融拉制过程进行数值模拟, 取得了输出光功率随拉伸长度变化的曲线和光场分布, 并分析了耦合器的3个阶段的模场变化和光场特点。结果表明, 当拉伸到微纳光纤耦合器失去有效耦合阶段时, 两光纤的输出光功率趋于相等且不再随拉伸长度的变化而变化; 熔融拉锥耦合器在各个阶段的光场分布特点不同; 熔锥型的微纳光纤耦合器失去有效耦合与熔融区的光纤直径直接关联, 且此光纤直径与输入光的波长有关, 波长越小, 熔融区需经拉伸达到的光纤直径越小。这一结果对研究微纳光纤耦合器失去有效耦合的成立条件是有帮助的。

对微纳光纤耦合器(OMC)光吸收致热引起的全光强度调控特性进行了理论分析和实验研究。理论分析结果显示,OMC全光强度调控器件的调制响应效率与OMC腰区长度、抽运光在OMC腰区的损耗系数及抽运调制光强成正比,而与OMC腰区耦合光纤的半径成反比。通过实验将强度调制的980 nm抽运光注入OMC以加热其腰区,实现了对OMC传输的1550 nm工作光的全光调控功能。在百微瓦量级的调控光功率作用下,OMC全光强度调控器件即可实现整周期、大调制深度的强度调制,且在较小调制光功率下,调制响应信号幅度与调制信号幅度呈线性响应关系。OMC光热调控最小响应调制光功率为几十微瓦量级。研究成果为开发基于OMC光致热效应的光衰减、光开关及强度调制器等全光功能器件提供了实验数据,并为微纳光子集成光路热稳定性管控及片基量子通信系统安全性研究提供了可借鉴的研究方案。

提出了一种基于微纳光纤耦合器的高灵敏度、便携式生物传感器,并对该传感器用于无标生物检测的灵敏度和重复性进行了研究。通过熔融拉锥法拉制出腰椎直径为3 μm的光纤耦合器, 并进行折射率检测实验。实验测得折射率灵敏度为1402.3 nm/RIU, 对检测结果进行拟合, 得到拟合曲线的相关系数为0.99459。微纳光纤耦合器的弱耦合模型的计算结果和实验结果相符。将此微纳光纤耦合器用于检测羊免疫球蛋白(IgG)抗原, 得到了2 pg/mL的检出限; 10次解离再生实验验证了该传感器的重复性, 表明了微纳光纤耦合器在无标生物传感中具有高检测灵敏度的潜力和较好的实用价值。

针对通过双光纤直接拉伸法获得的腰区直径达到波长甚至亚波长尺度的微纳光纤耦合器(OMC)进行了制作与实验研究；实验结果显示，当OMC 的腰区直径小于2.5 μm ，其腰区耦合功能将消失，OMC 将成为具有合束和分束功能的四端口微纳光纤(FPOM)；通过在线监测样品拉制过程、工作稳定性测试、波长扫描等实验方法，分析并界定了OMC 和FPOM 的光学特性差异；采用基于光吸收制热效应的全光调制方法，分别对OMC 和FPOM 的光调制能力进行测试分析；FPOM 具备稳定的光学传输特性，其分束比对波长、温度、传输光功率波动等物理参量不敏感，可用于微纳光子器件的集成；而经过结构优化设计的OMC 不但可以用于温度、振动等传感研究，还具备作为全光调制器的潜力。