利用高频CO2激光单侧曝光技术及双芯光纤的非对称性, 设计并制作了一种长周期光纤光栅弯曲矢量传感器.成栅机理分析表明, 光纤边缘处嵌入的纤芯极大地增强了包层中的残余应力, 在CO2激光脉冲曝光时, 残余应力释放作用增强, 光栅质量更高; 同时, 双芯光纤的非对称结构以及CO2激光单侧曝光使得光纤器件对偏振非常敏感, 写制的光纤光栅在1 555.4 nm谐振波长处的偏振相关损耗高达20.8 dB.弯曲传感测试表明, 在0~1.235 m－1曲率范围内, 光纤光栅向+y方向弯曲时, 透射谱谐振峰波长向长波方向漂移, 灵敏度为2.37 nm/m－1; 光纤光栅向－y方向弯曲时, 谐振峰波长向短波方向漂移, 灵敏度为1.80 nm/m－1.该弯曲矢量传感器结构简单, 灵敏度高, 可广泛应用于道路、桥梁等建筑的安全检测.

在石油勘探领域, 细碎岩屑样品的岩性识别, 特别是物性接近的火成岩的高精度识别是地质学的难题之一。 针对这一问题, 提出了一种基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)元素分析和全碱-硅(TAS)图版的新方法。 利用自主搭建的LIBS系统, 首先通过对比实验, 系统的研究了脉冲能量、 采集延时、 采集方式、 预燃对光谱信号的影响, 确定了对火成岩样品元素分析的最佳条件: 脉冲能量50 mJ, 采集延时2 μs, 采集同一样品表面20个不同点的光谱积分平均, 并通过实验证明了预燃的样品处理方式不适合火成岩样品, 有效提高了样品检测光谱数据的重复性。 随后确定了火成岩岩性识别常用7种元素(钠镁铝硅钾钙铁)的特征谱线, 定性分析和比较了不同岩性的火成岩样品; 利用已知元素含量的国标系列岩石样品信息, 生成了钠、 硅、 钾的定标曲线, 线性相关系数均大于0.9, 并利用国标岩石样品考察了定量分析的准确性; 利用定标曲线法定量分析了火成岩样品的元素含量, 并采用TAS图版法识别火成岩的岩性, 准确率达90.7%。 研究表明, LIBS技术能够有效实现火成岩岩性的高精度识别。

将固体表面荧光法和荧光偏振测量相结合，直接利用固体粉末进行荧光偏振检测，研究了维生素B2固体粉末的荧光偏振度及其特性。实验结果表明，维生素B2固体粉末的荧光偏振度受激发光入射角影响；当样品粉末紧密度大于0.6667时，紧密度不会对荧光偏振度产生影响。在激发光入射角为45°条件下其荧光偏振度为0.4178。该结果为使用维生素B2水溶液进行荧光偏振检测的结果的1.42倍。对维生素B2固体粉末连续进行6 h照射激发，其荧光偏振度检测结果在误差范围内保持稳定。

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的光纤微腔温度传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1060 nm单模光纤上直接刻蚀光学微腔，将其作为传感单元接入到光纤环谐振腔中，通过测量脉冲激光衰荡时间实现了温度传感。在24 ℃～93 ℃温度范围内，光纤微腔温度传感器灵敏度达到83.36 ns/℃，实验测量结果具有良好的线性度。

利用高频CO2激光脉冲写制了倾斜长周期光纤光栅(TLPFG)，运用改造的耦合模理论对基于高频CO2激光脉冲写制的TLPFG进行了理论分析，实验研究了倾斜折射率调制对TLPFG光谱特性的影响，分析了倾斜角度对TLPFG模式耦合特性的影响。实验结果表明,利用高频CO2激光脉冲写制的TLPFG具有新颖的耦合特性，低阶次包层模的耦合系数大于高阶次包层模，倾斜折射率调制不仅可以提高纤芯基模与包层模的耦合系数，还可以激励纤芯基模向高阶包层模式耦合，且随着倾斜角的增大可以明显提高光栅的写制效率。

实验发现飞秒激光单步刻蚀的光纤微腔两个反射壁与纤芯轴向并不完全垂直，微腔形状与飞秒激光经显微物镜聚焦后的焦点相对于光纤的位置有关。当激光经显微物镜聚焦于光纤侧表面时，刻蚀的微腔形状近似V型。与常规的光纤法布里珀罗(F-P)腔相比，V型光纤微腔干涉谱出现了自由光谱范围、微腔光损耗以及干涉条纹对比度与波长有关等反常现象。通过引入倾斜因子概念，构建了V型光纤微腔模型，推导出V型F-P腔干涉公式，初步建立了V型光纤微腔干涉理论。利用该理论研究了V型光纤微腔的干涉谱特性，数值模拟了不同倾斜度对光纤微腔干涉谱的影响。理论分析结果与实验光谱测量结果相符。

基于折射率匹配耦合原理，提出并设计了一种新型宽带单偏振单模光子晶体光纤，阐述了工作原理并利用全矢量有限元法对其进行了数值模拟。当中间纤芯和边芯之间空气孔1和2的直径为2.4 μm时，波长在1.26~1.7 μm的范围内，偏振相关损耗大于4.08 dB/m，单偏振单模的带宽高达440 nm；当空气孔1和2的直径为2.6 μm时，在波长1.31 μm处，x偏振模的限制损耗为26.93 dB/m，而y偏振模的限制损耗仅为0.01 dB/m，在波长1.55 μm处，x偏振模的限制损耗为38.66 dB/m，y偏振模的限制损耗仅为0.05 dB/m。这种光子晶体光纤具有高带宽特性，并且在1.31 μm和1.55 μm两个通信窗口存在高相关偏振损耗。

提出栅格周期、光栅长度、级联间距不同的两个长周期光纤光栅级联(CLPG)模型，采用传输矩阵法和耦合模理论对两个长周期光纤光栅级联的光谱特性进行了研究。理论分析表明，级联间距对CLPG透射谱损耗峰的位置影响很小；在一定波长范围内，对特定结构的CLPG，其数值模拟的透射谱为一条直线，出现“光栅透明”现象；依据建立的理论模型，分析并推导出“光栅透明”条件。在CLPG写制实验中，适当调整光栅周期和光栅长度，使其满足“光栅透明”条件，测量光谱显示CLPG透射率几乎为0 dB，实验证明了“光栅透明”现象的存在。

通过在长周期光纤光栅的某一位置引入一段调制结构形成积累相移，提出了一种新的相移长周期光纤光栅结构的设计方法。基于光纤光栅相位匹配原理，给出了在引入的调制结构为均匀短周期光纤光栅，其折射率调制深度与原光纤光栅一致时，调制结构的参数(光栅周期和长度)与所引起相移大小的关系式，并采用传输矩阵法和CO2激光单面曝光的方法从仿真和实验方面对所提出的结构进行了分析和验证。研究表明：在长周期光纤光栅某点引入一段均匀短周期光栅调制结构能够形成相移长周期光纤光栅，并且当其折射率调制深度与原长周期光纤光栅一致时，形成的相移长周期光纤光栅光谱只与调制结构的长度有关。