提出并实现了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）增敏空芯微瓶谐振腔（PS-HCMR）的高灵敏温度传感器。采用提拉镀膜法在高Q值（~7.83×10⁷）PS-HCMR表面均匀涂敷一层PDMS薄膜以实现热敏功能化，基于PS-HCMR回音壁模共振谱的热敏感性以及PDMS的高热光效应和热膨胀效应，实现了对温度信号的高灵敏度感知与测量。实验结果表明：当膜层厚度为150 μm时，温度灵敏度可达0.127 nm·℃^-1，相比于纯SiO₂ HCMR提高了32倍。所提出的PS-HCMR的温度传感器具有灵敏度高、制备简单、结构紧凑等优势，在工业化控制、电力系统、环境监测等领域中具有良好的应用前景。

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题，设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）置入毛细玻璃管中，并填充353ND环氧树脂胶，最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析，然后进行结构的设计及制作，最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅，在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力，从而提高其温度灵敏度，并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中，FBG的反射波长保持着不错的线性；温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右，且温度传感特性拟合曲线线性度达到0996以上。

随着社会的发展，人类对疾病标志物、食品有害因子、环境污染物等的高灵敏和高特异性检测需求不断增长。基于表面等离子体共振（SPR）的传感器作为一种无标记、灵敏度高、可用于实时检测的生物传感器，在检测各类生物化学分子方面展现出了巨大的应用潜力。本文总结了近年来常用或正在快速发展的5种SPR传感器调制方式，在每种调制方式研究现状的基础上，根据近年来增强SPR传感器的研究，从纳米材料敏化和传感器结构优化两个方面总结讨论了增强传感信号的方法，以克服传统SPR传感器灵敏度较低且难以检测低浓度、低相对分子质量物质的缺点。

提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的增敏型索力传感器。该传感器的基体为圆柱环状弹性体，3组回字梁间隔120°布置在圆环上，6个FBG分3组按顺序粘贴在回字形梁上，同时在传感器基体上粘贴1个FBG进行对比实验。采用有限元分析方法研究弹性体的应变分布特征，用3组FBG波长漂移量的差值作为传感器的输出信号，实现对锚索应力的测量和温度补偿。压力测试结果表明，基体上FBG的输出信号灵敏度为0.75 pm/kN，而回字梁上FBG输出信号的灵敏度为33.53 pm/kN，增敏效果显著且传感器具有良好的线性度和温度补偿能力。

为了实现光纤传感器压力增敏的效果, 设计了一种具有高双折射的光子晶体光纤结构。采用有限元法计算光子晶体光纤在不同应力作用下的有效折射率,基于光子晶体光纤的压敏特性, 分析光子晶体光纤的模式,并选择该结构里的一个空气孔, 填充具有特定折射率的液体材料, 构成新型压力传感器。该结构的压力灵敏度由COMSOL软件的仿真得出。结果表明,经填充液体后, 偏振相位灵敏度从72rad/(MPa·m)提升至128rad/(MPa·m), 显著提高了77.7%。该研究对增强传感器的力学性能有帮助。

为了提高光纤弯曲传感器的灵敏度, 增大线性范围, 降低成本, 本文提出一种基于深度神经网络分类塑料光纤弯曲角度及方向的方法。使用进行侧抛增敏处理的塑料光纤, 在光纤输出端采集不同弯曲角度的散斑图。制作了包含五类弯曲角度的数据集一以及包含七类弯曲角度的数据集二, 在预处理图像数据之后, 利用多层卷积神经网络对散斑图像进行卷积和池化处理, 得到散斑图像的特征图, softmax分类器用来得到分类准确率, 最后对两种不同卷积神经网络模型的分类效果进行对比。结果显示: 数据集一光纤弯曲的角度间隔为5°时分类准确率达到了96%, 理论和实际分析结果表明该方案识别率较高, 基于该方法有望实现一种简单、高效的光纤弯曲传感器。

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器, 其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中, 开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明: 利用光纤光栅增敏封装, 在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪, 传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示, 采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度, 减低制作成本。

高灵敏度、快速响应的光纤氢气传感技术是未来氢气传感技术的发展方向, 对保障氢能系统安全具有重要意义。针对纳米尺度的钯基氢敏材料难以与光器件耦合的问题, 本文采用水相合成及离心沉积方法制备具有快速氢气响应特性的Au-Pd核壳纳米颗粒膜, 搭建了含有Au-Pd核壳纳米颗粒氢敏膜阵列的透射式传感系统, 实现了光信号与多层纳米颗粒膜阵列的耦合, 通过提高敏感材料对光信号的调制能力增强了传感器的灵敏度。实验研究表明, 本文制备的Au-Pd核壳纳米颗粒膜粒径为48 nm, Pd层厚度约为4 nm。该敏感薄膜对4%浓度氢气的响应时间小于3 s, 且在循环测试中显示了良好的重复性和稳定性。通过3片薄膜阵列传感, 在不影响传感器响应速度的同时将传感器灵敏度提升至最高, 为单片膜的2.7倍。该研究为开发高性能光纤氢气传感器提供了重要指导。

分别以铜、铝、有机玻璃、聚四氟乙烯为实验衬底材料, 对采用片式粘敷封装技术的光纤布拉格光栅温度传感增敏特性进行了实验研究。研究结果表明, 当对两侧尾纤有涂覆层的光纤布拉格光栅进行封装时, 其温度灵敏系数分别是裸纤情况下的2.3倍、2.9倍、5.2倍、11.7倍。然而, 粘敷材料在较高温度时显著的热膨胀会引起光纤包层与涂覆层发生一定的脱离, 导致此时其实验结果重复性不甚理想。为了克服这种不利情况, 对尾纤无涂覆层的光纤布拉格光栅进行了封装测试。在测试温度范围内, 其反射波长随温度的变化始终呈现良好的线性关系, 其温度灵敏系数分别提高到了3倍、3.4倍、9.2倍、12.6倍, 测量结果重复性良好。研究结果为将来片式封装光纤布拉格光栅传感器的温度增敏特性的研究, 提供了必要有益的数据支持和参考。