基于Fano共振超表面所具有的高品质因数Q以及电场局域特性设计了一种全介质超表面结构，探究了超表面结构参数与品质因数Q、调制深度之间的关系。通过改变结构实现了单重Fano共振至双重Fano共振的有效调控。对比同等参数下矩形柱与椭圆柱超表面结构的灵敏度，选择矩形柱结构并确定其最优参数。矩形柱超表面结构的品质因数Q最大可达3408，双重Fano共振峰的调制深度接近99%。通过仿真计算可知该结构对甲烷体积分数的测量灵敏度可以达到1.57nm/%（对应dip1）和1.66nm/%（对应dip2），对背景折射率的测量灵敏度为419.45nm/RIU和395.7nm/RIU，FOM（figure of merit）值分别为524.3RIU-1和542.8RIU-1。此外，入射光偏振角度对此传感结构的Fano共振透射光谱强度具有一定影响，这一特性为光学非对称传输、偏振角检测以及超表面多功能复用等提供了新思路。

The lethality of inorganic arsenic (As) and the threat it poses have made the development of efficient As detection systems a vital necessity. This research work demonstrates a sensing layer made of hydrous ferric oxide (Fe2H2O4) to detect As(III) and As(V) ions in a surface plasmon resonance system. The sensor conceptualizes on the strength of Fe2H2O4 to absorb As ions and the interaction of plasmon resonance towards the changes occurring on the sensing layer. Detection sensitivity values for As(III) and As(V) were 1.083 ℃ ppb–1 and 0.922 ℃ ppb–1, respectively, while the limit of detection for both ions was 0.6 ppb. These findings support the feasibility and potential of the sensor configuration towards paving future advancement in As detection systems.

基于Pockels效应原理, 分别对交直流混合强电场传感器中的电光传感单元和电场调制机构进行了设计与测试。对电光传感单元结构进行合理设计, 选取并制备相关器件。搭建试验平台, 试验结果表明电光传感单元输入输出具有良好的线性度, 对电场波形的变化具有快速的响应且频率特性良好, 其性能满足测量调制后电场波形的需求。利用电光传感单元和电场调制机构组建传感器, 并测量了交直流混合强电场响应。

针对城市电缆或通信光缆经常遭受市政建设带来的外力破坏问题，提出一种基于光传感技术的电力管道光缆防外破监测方法。分析研究了监测系统原理与架构，利用振动装置在光缆通道上方模拟试验，并对现场数据进行了分析验证，现场实验外破定位精度小于 ±100 m，可明显发现施工信号频率及其倍频特征。结果表明，基于光传感技术的电力管道光缆防外破监测系统可实现外破振动信号的监测与识别，现场应用效果较好。

21世纪是光电技术发展的新时代。随着新一代信息技术的发展, 以及人工智能、无人平台的广泛应用, 光电技术在**上的作用日益突出。与陆军、空军以及其他军兵种的光电系统相比, 海军舰船光电系统有其突出的特点。结合近六十年来舰船光电系统的发展, 介绍了舰船光电系统的概念与分类, 简述了舰船光电系统的主要传感器、系统研制开发中的关键技术以及几种前沿的舰船光电系统, 指出了目前和今后一个时期舰船光电系统的演进方向。

为了实现超低样本体积、高灵敏度的血液葡萄糖浓度检测, 采用时域有限差分法分析了液芯微管腔（MTC）的壁厚和直径对回音壁模式（WGM）共振特性的影响。利用熔融拉锥法制备了MTC, 通过高精度电控位移平台实现MTC和锥形光纤的高精度耦合以及WGM共振谱的激发, 并对MTC进行表面功能化和过耦合方法以提高灵敏和稳定性,同时进行了理论分析和实验验证。结果表明,表面功能化的液芯MTC传感器取得的灵敏度约为0.911pm/(mmol·L-1), 线性度为0.988;该低浓度血液葡萄糖光学传感器的灵敏度和稳定性很高。这一结果对运动员训练中血糖的实时、快速监测, 保障运动安全性和持久性等是有帮助的。

基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元中引入凹型微结构,增强光场与检测物质的相互作用,进而提升传感器的品质因数。利用严格耦合波算法设计了器件结构,分析器件的本征模式,阐明其物理机理。仿真结果表明,该器件的品质因数可达到6562.5。本研究工作将为研制基于微纳结构的高性能集成光学传感器提供研究基础。