研究了批量制备的锥形光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针的定量检测性能。在统一的制备条件下，基于静电吸附自组装方法批量制备的同一批次锥形光纤探针具有良好的互换性。基于相同检测条件，在同一福美双样品浓度下测得SERS光谱幅度的相对标准偏差（RSD）可达8%以下。不同批次的光纤探针存在互换性退化问题，难以满足实际定量检测应用对光纤探针数目的要求。为了解决该问题，提出并演示了一种将不同批次光纤探针的光谱数据同化至同批次光纤探针测量结果的同化方法。通过对同化后的大样本光谱数据进行统计平均和数据拟合，获得了福美双样品在2×10^-8~10^-6 mol/L浓度范围内的SERS定量关系曲线，福美双加标样品的测试回收率可达90%~110%。该研究结果对于实际SERS定量检测具有参考意义。

基于光纤后向散射的光纤传感技术具有全分布、长距离等特点，在诸多领域受到广泛关注，被认为是一种变革性技术。散射光随着传输距离增加逐渐减弱，信噪比降低导致感知性能下降，成为限制其在长距离应用的主要因素。通过光纤掺杂、写入弱光栅等方式增加光纤散射强度可以有效缓解该问题。然而对于数千米的超长距应用，散射增加意味光纤损耗的增强，通过增加散射来提升信噪比的方法失效。本课题组提出一种增加光纤后向散射强度但不增加光纤本征损耗的散射收集能力增强光纤。本文分别从增强光纤散射能力和增强后向收集能力两个方向总结了散射增强光纤的几种方法，论述了各种方法的优缺点，并进行了简要展望。

为了提高金属纳米粒子在光纤表面的富集密度，同时提高光纤表面增强拉曼散射（SERS）复合结构拉曼增强特性的稳定性，提出一种双金属（金和银）锥形光纤SERS探针结构。首先，采用化学还原法制备出形貌均一的金银纳米粒子；然后，采用光诱导的方法实现双金属在锥形光纤上的富集。制备的光纤SERS探针表现出良好的实验效果：对罗丹明6G（R6G）检测到的最低浓度低至10^-10 mol/L；增强因子为2.07×10⁸；相较于单金属银光纤SERS探针，双金属样品的稳定性提高了7倍（96 h后）。

介绍了一种基于螯合剂功能化的拉锥光纤传感器，用于定量检测低浓度重金属铅离子Pb²⁺。该传感器由单模和四芯光纤制成，并对中间四芯光纤进行拉锥到直径15 μm。在此基础上，使用乙二胺四乙酸（EDTA）作为金属螯合剂固定在拉锥四芯光纤传感器表面，从而实现对铅离子Pb²⁺的高灵敏度检测。实验结果表明，该传感器对重金属铅离子Pb²⁺检测限为1 ng/mL。此外，该传感器具有良好的稳定性，以及制备工艺简单和响应速度快等优点。

回音壁模式晶体腔凭借其高品质因数和小模式体积, 在光学滤波、非线性转换、光学传感等研究领域都具有重要的应用前景, 然而裸露光学微腔的谐振特性极易受外界环境干扰的影响, 针对基于氟化镁晶体回音壁模式微腔的光纤耦合封装技术进行了研究。通过氢氧焰熔融拉锥的方式制备了锥形光纤, 其锥腰直径约为2 μm。搭建了回音壁微腔与锥形光纤耦合测试实验平台, 优化后的锥形光纤耦合系统使回音壁模式晶体腔在一定波长范围内工作在少模状态, 品质因数达到5.15×107。此外, 完成了具有精准温控的耦合器件封装, 提升了锥形光纤和回音壁腔耦合系统的稳定性。从实际应用的角度出发, 为超高品质因数的回音壁模式晶体腔的封装提供了一种有益的尝试。

通过混沌相关光纤环衰荡传感系统实时监测氧化石墨烯沉积过程，并采用氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件对血红蛋白传感进行了实验研究。通过实时监测氧化石墨烯对锥形光纤功能化过程中衰荡时间的变化，分析了功能化过程中锥形光纤表面羟基化、硅烷化和氧化石墨烯沉积对光传输损耗的影响。通过扫描电子显微镜对氧化石墨烯功能化锥形光纤效果进行检测。研究了不同浓度的氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件时对血红蛋白传感灵敏度的影响，实验结果表明：与未功能化锥形光纤相比，使用氧化石墨烯功能化锥形光纤进行血红蛋白传感，灵敏度提高了一个数量级。在功能化过程中，氧化石墨烯浓度将影响功能化后锥形光纤的传感灵敏度，且随着浓度的增加传感灵敏度增强。该研究成果有望在生物传感领域得到应用。

提出了一种具有增强灵敏度的锥形光纤二硫化钨（WS₂）-金（Au）表面等离子体共振（SPR）传感器。通过传输矩阵方法对传感器进行了理论模拟，评估了传感器的可行性。在锥形光纤上依次涂覆WS₂和溅射金膜进行传感实验，该传感器的实验折射率灵敏度可达4 158.171 nm/RIU，比多模光纤SPR传感器提高了125.8%，比锥形光纤Au-WS₂ SPR传感器提高了50.1%。此外，该传感器中的WS₂不易脱落，表现出良好的可靠性。该传感器结构简单、易于制造，具有高的折射率灵敏度，在生化传感领域具有良好的应用前景。