展示一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的微型化纳米光纤甲烷传感器。在比尔-朗伯定律的基础上，选择1.6 μm附近的甲烷吸收线，对分布式反馈半导体激光器（DFB-DL）进行波长调制，使用锁相放大器解调出二次谐波信号，建立一套完整的基于纳米光纤的TDLAS系统。使用该系统测量室温下不同入射功率和不同压强对二次谐波信号的影响，同时获得了该系统的压力展宽系数和压力频移系数，发现直径较小的纳米光纤可以对甲烷产生更强的吸收。所设计的纳米光纤传感器是一个在低功率条件下进行微量气体测量的有力工具，在气体种类分析和定量分析方面有着巨大的应用潜力。

在实验上研究了共振于铯原子跃迁线附近的微环芯腔与锥形纳米光纤的耦合特性。通过精密控制微环芯腔与锥形纳米光纤的相对位置,实现了两者的欠耦合、临界耦合和过耦合的精确控制。当微环芯腔与锥形纳米光纤间距为0.6μm时,系统达到临界耦合,透射率为0.3％±0.3％,耦合效率为99.7％±0.3％。由微环芯腔透射光谱得到微环芯腔的自由光谱区为1067±5 GHz,等效腔长为223±1 μm,线宽为2.9±0.1 GHz,本征品质因数为(62±06)×104。随着微环芯腔与锥形纳米光纤间距的减小,微环芯腔的线宽逐渐增大,共振频率发生红移,频率移动为19.2±0.1 GHz。该研究找到了有效控制微环芯腔与锥形纳米光纤耦合状态的方法,为下一步实现微环芯腔与原子间强耦合奠定了实验基础。同时该研究加深了人们对微环芯腔不同耦合状态的认识,为研究欠耦合和过耦合状态提供了实验基础。

为满足生物医学领域对传感器灵敏度和特异性的要求，利用金纳米棒对纳米光纤消逝场强的消光作用，提出基于金纳米棒标记放大的锥形光纤生化传感器。通过理论计算金纳米棒对光纤传输特性的影响，设计实验证明纳米光纤具有对单个金纳米棒的响应能力。采用双抗夹心法对PBS 溶液中的羊IgG 检测，检测下限可达0.02 ng/mL，证实此种传感器具有极高的灵敏度和特异性。提出的纳米光纤生化传感器结构简单、响应迅速、成本低廉，在医学临床诊断、食品安全检测、环境监测领域具有重要的实用价值。

为满足临床诊断对生化传感器灵敏度和特异性的要求，研究了纳米磁珠对纳米光纤光传输特性的影响，以及纳米磁珠作为标记物同时完成目标待测物提纯和高灵敏度检测的可能性。详细介绍了锥形纳米光纤传感器的制备过程、表面处理方法和纳米磁珠的处理方法，设计实验检测到了直径200~300 nm的单个纳米磁珠，验证了纳米磁珠的强信号放大作用，并通过实验验证了磁珠同时用作分离提纯和灵敏度增强的方案在纳米光纤传感器上的可行性。

提出了用纳米光纤表面的倏逝波捕获和输送鸡血红细胞的方法。纳米光纤由通信用单模光纤通过热熔法拉制而成，直径为700 nm，光纤的一端直接与带有单模光纤输出端口的808 nm激光器相连接，插入损耗非常小。纳米光纤被完全浸入到鸡血红细胞的悬浮液中。通过实验观察发现，当导入纳米光纤中的激光功率增大到50 mW时，光纤附近的鸡血红细胞在倏逝波所产生的光梯度力的作用下，被捕获到光纤表面，并在光散射力的作用下，沿着光的传播方向运动，鸡血红细胞的运动速度约为2.9 μm/s。由进一步的实验分析可知，鸡血红细胞沿着光纤运动的平均速度与输入功率成线性拟合关系。利用该方法可以稳定地捕获和操控生物细胞和病毒等。

聚合物纳米光纤具有很好的器件构筑能力和良好的导光性能，对构筑超紧凑的微光子学器件和小型化集成光路十分理想。介绍了一种利用一步拉制技术制作的、具有良好的机械性能和光学性能的聚合物纳米光纤聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纳米光纤。作为亚波长波导， PTT纳米光纤具有较大的倏逝场和强约束。详细介绍了利用PTT纳米光纤组装的微光子学结构和器件（例如：弯曲结构、环形结构、M×N耦合分束器、马赫曾德尔干涉仪）。组装的结构和器件具有体积紧凑、损耗小的优点。概述了聚合物纳米光纤和器件的特点及其应用前景。

利用分步傅里叶变换法对飞秒激光脉冲在纳米光纤中产生超连续谱的过程进行了数值模拟, 分析了纳米光纤直径、 输入脉冲的峰值功率以及脉冲宽度等对纳米光纤中超连续谱产生的影响。 通过模拟分析发现： 输入脉冲脉宽越窄, 光谱展宽越为明显； 输入脉冲峰值功率越高, 超连续谱(SC)过程越明显； 当输入脉冲一定时, 纳米光纤的直径与超连续谱的产生有着至关重要的作用： 超连续谱的产生与光纤半径并不成线性关系, 当输入脉冲的中心波长与纳米光纤的直径相匹配时, 超连续谱产生最为明显。 以上结论对进一步研究和利用纳米光纤中的超连续谱有着非常重要的意义。

从纳米光纤倏逝波角度出发,采用时域有限差分法数值模拟了两根弯曲纳米光纤耦合区域附近的空间光强分布,给出耦合效率随两弯曲光纤间距、光纤半径、弯曲半径等参量变化的曲线.结果表明:两根纳米光纤之间可以有效传递光能,其耦合效率随两弯曲光纤间距、光纤半径、弯曲半径等参量均有关.

为提高纳米光纤生物传感器的性能,研究了以溶胶-凝胶法将生物活性分子固定于纳米光纤探针上.首先以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,制备了以葡萄糖氧化酶(GOD)为生物活性分子的溶胶,然后利用提拉法将GOD凝胶固定于纳米光纤探针上;讨论了固定化GOD活性及凝胶膜在纳米光纤探针上成膜的条件;最后通过扫描电子显微镜检测到薄膜均匀连续,生物探针尺寸小于1μm,并利用电子探针验证了GOD被固定于纳米光纤探针上.

介绍了用于单细胞研究的纳米光纤生物传感器及其进展，系统给出了纳米光纤生物传感器的构成、原理和在检测单细胞方面的应用。