微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)的强倏逝场传输和波长选择的光学特性使MNFBG对周围介质折射率与浓度的变化具有较高的灵敏度和可靠性。阐述了MNFBG的制备方法,并分析了MNFBG折射率与浓度传感原理。对MNFBG应用于折射率与浓度传感的研究进展进行了综述。总结了提高MNFBG折射率与浓度传感灵敏度的方法,分析了目前MNFBG研究存在的问题,展望了MNFBG折射率与浓度传感器的发展方向。

研究了长周期光纤光栅( LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)结构的温度及浓度传感特性。利用飞秒激光直写制作LPFG并级联FBG, 且FBG波谷位于1 551.9 nm, LPFG波谷位置为1 560.5 nm。在30~50 ℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试, 并在25 ℃超净环境下对浓度为3%~30%的葡萄糖溶液进行敏感性测试。实验结果表明: 升温过程FBG中心波长发生红移, 灵敏度26.36 pm/℃, 线性度0.950 8; LPFG中心波长发生蓝移, 灵敏度-24.55 pm/℃, 线性度0.914 2。降温过程FBG中心波长发生蓝移, 灵敏度25.00 pm/℃, 线性度0.945 8; LPFG中心波长发生红移, 灵敏度为-21.82 pm/℃, 线性度0.921 2。FBG对浓度变化不敏感, 当浓度由3%增至30%时, LPFG中心波长发生蓝移, 灵敏度196.36 pm, 线性度0.956 5。结果表明该光纤传感器灵敏度高, 线性度好, 可以同时动态实现温度和浓度的测量。

近红外无创伤血糖检测目前面临的挑战主要是测量条件难以保证稳定、测量系统及被测对象自身的背景变化等问题, 导致很难从背景变动的光谱中提取出糖浓度变化信息。经过多年的实验研究发现应用浮动基准参考测量法有望消除仪器漂移及被测对象自身背景变动的影响。但是浮动基准位置因人及测量部位不同而异, 在不同的测量波长下其浮动基准点位置也不同, 因此, 欲在实验中验证浮动基准法的光谱修正效果需要测量出与入射光位置不同径向距离处的漫反射光强, 然而在实际实验中位置精度很难保证。为此, 研究了用模拟实验的方法验证多波长下浮动基准法对光源漂移所引起的光谱变化的修正效果, 基于Monte Carlo模拟, 分别采用浓度为5%和10%的Intralipid溶液作为被测样品, 通过改变入射光子数模拟光源漂移的影响。得到模拟的光谱数据后, 利用浮动基准法对其进行处理, 并分别对浮动基准法修正前后的光谱数据进行偏最小二乘建模分析, 将预测结果进行比较发现: 两种浓度Intralipid溶液在存在光源漂移影响情况下修正后的模型预测精度预测均方根误差(RMSEP)相比于修正前分别减小了98.57%(5% Intralipid)和99.36%(10% Intralipid)。表明浮动基准法在消除光源漂移的影响方面效果明显。

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法，给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件，导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解，拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决，样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上，试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构，验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液，最低检测限为0.1 μM，实现了低浓度微量测试，验证了条波导传感机制的有效性.

采用0.004AgNO3-0.996NaNO3混合熔融盐,用离子交换技术在德国B270光学玻璃上制备了费米折射率分布渐变波导,理论分析了费米折射率分布渐变波导的包层吸收模谱特性,导波损耗测试实验验证了解析结果。在此基础上,提出了一种用于液体包层吸收损耗测试的双样品盒串连的波导回路,测试结果证实表征溶液包层吸收特征的折射率虚部与溶液浓度之间具有十分显著的线性关系,测试灵敏度与波导的模式和波导参量有关,尤其与波导层厚度有非常敏感的关联性。利用这个关系传感测试了13种不同浓度的耐晒果绿染料水溶液样品的浓度,结果显示测试值与实际配制浓度值的均方差小于0.07％。