提出一种反射型法布里-珀罗（FP）标准具和微环谐振腔级联的温度传感器。该温度传感器由光纤反射镜、FP标准具和微环谐振腔构成。利用强度探测的方法，仿真计算和实验验证表明，温度传感器具有较高的灵敏度和较低的探测极限。将宽带光源和滤波器组合作为实验的输入光源，反射型FP标准具起到滤波的作用，温度传感元件是微环谐振腔。仿真计算得出该温度传感器的灵敏度为2.1406 dB/℃。实验结果表明，该温度传感器的灵敏度为1.9434 dB/℃，探测极限为0.01 ℃。

报道了一种基于光纤激光器内腔调制的低探测极限折射率传感系统。将基于单模-无芯-单模的全光纤多模干涉结构作为损耗调制器件插入光纤激光器环形腔内,采用激光器内腔调制技术获得了高灵敏度、高信噪比、窄半峰全宽的传感信号,从而实现了低探测极限的折射率测量。系统的折射率探测极限可达7.3×10 ^-7 RIU。该传感系统具有输出稳定、温度交叉敏感小的特点,在高精度生物化学传感、海洋环境监测等领域具有一定的应用潜力。

Slot结构在提高集成波导光学传感器灵敏度和降低探测极限值方面具有极大的优势。对基于Slot结构的聚合物PSQ-Ls 波导微环光学生物传感器进行了研究。分析了850 nm 波段Slot波导的单波导高度、狭缝宽度及单波导宽度对传感器灵敏度的影响，在满足单模传输的条件下，得到了优化的微环传感器横截面尺寸参数。对Slot结构波导微环的弯曲损耗、自由光谱范围等进行了仿真分析，得到微环传感器的消光比、品质因子等随结构参数的变化，确定了优化的微环弯曲半径、耦合效率。与正脊形结构波导微环传感器相比，Slot结构波导微环传感器的灵敏度是前者的两倍，探测极限值是其一半。

为了对电厂脱硝过程中逃逸的微量氨气进行在线检测, 实验室采用可调谐激光吸收光谱技术对常温常压下以及不同温度下的低浓度氨气进行了测量试验, 其中电厂逃逸氨气检测处温度约为650 K。 通过分析近红外波段的氨气吸收谱线, 并考虑实际测量环境H2O和CO2等浓度很大的气体吸收谱线的干扰, 实验选取2.25 μm附近的ν2+ν3谱线作为浓度检测谱线。 为了验证所选谱线对低浓度NH3的测量能力, 实验对H2O, CO2和NH3的吸收谱线进行模拟, 发现低浓度NH3受较大浓度的H2O和CO2谱线的干扰较小, 尤其是CO2谱线的干扰可以忽略不计, 且2.25 μm处谱线强度远远大于通讯波段1.53 μm处的谱线。 基于新型Herriott池以及高温管式炉, 结合可调谐激光吸收光谱中的直接吸收技术和波长调制技术, 实现了对不同温度下超低浓度NH3的高分辨率快速检测。 常温常压下其线型函数可以利用洛伦兹线型来近似描述, 直接吸收测量技术可以使探测极限降低到0.225×10-6。 通过采用简单降噪处理技术如多次平均、 简单小波分析等, 得到不同温度下的谐波信号与浓度具有良好的线性关系, 为采用可调谐激光吸收光谱技术进行现场低浓度逃逸氨气检测提供了很好的依据。

提出了一种由U型反馈波导、跑道谐振腔和敏感环组成的反馈式跑道型光学微环传感器.采用耦合模理论推导了该传感器的归一化输出光强公式, 数值分析了传输损耗因子、自耦合因子和敏感环尺寸对归一化输出光强的影响.分析表明: 敏感环的损耗因子对归一化输出光强的调制作用明显, 只要损耗因子发生微小变化, 输出光强即发生较大变化；敏感环工作在弱耦合状态时传感灵敏度较高；敏感环的尺寸对传感灵敏度影响较大, 适当地调整敏感环的大小可得到陡峭的输出光强谱线.对结构参数进行优化后不仅可以输出尖锐陡峭的非对称法诺谐振光强谱线, 而且具有较高的法诺谐振光谱斜率, 能更好地增强传感灵敏度.在信噪比为30 dB的测量系统中, 优化的反馈式跑道型光学微环传感器的探测极限达4.48×10-8单位折射率.

采用分布反馈式半导体激光器作为探测光源，结合程长为100 m的离散型多通吸收池，采用直接吸收光谱技术，对室温下中心波长2.33 μm附近各种低体积分数的CO及混合气体（CO,CH4和N2）的直接吸收光谱进行了测量。选择CO在4 288.289 8 cm-1位置的吸收谱线和CH4在4 287.650 15 cm-1处的吸收谱线进行痕量探测，在40 698 Pa的总压力下，实验测得CO的探测极限为8.15×10-6(信噪比约为216），CH4的探测极限为18.48×10-6(信噪比约为147）。

基于离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)的小型集成系统以工作在近红外1.531μm 附近的分布反馈式(DFB)二极管激光器为光源,测量了室温下各种低浓度NH₃与空气的混合气。首先利用标准浓度的CO₂气体校准得到腔镜的有效反射率R为0.9969,在此条件下,基长35.8cm的光学谐振腔作为吸收池可得到115.46m的吸收光程。NH₃在6528.764cm^-1位置的强吸收谱线被选择用于痕量探测,在100 torr的总压力下,实验测得NH₃的探测极限为2.66ppmv(S/N～3),之后结合波长调制技术,在信号检测通路中采用锁相放大技术来实现调制信号的二次谐波检测,这可以更好地抑制背景噪声而提高探测信号的信噪比,最终将NH₃的探测极限进一步提高到0.274ppmv(S/N～3)。

We show that a linear relation exists between the device sensitivity and the quality (Q) factor of a dual-waveguide coupled microring resonator optical biosensor when the optimal conditions are satisfied. We also show that the detection limit depends on the loss coefficient and signal-to-nosie ratio (SNR) of the overall system, rather than the circumference of the ring. For a microring resonator sensor whose Q factor is 20000, the detection limit is found to be about 10^{-7} with 30-dB SNR, which is in good agreement with reported experimental data. These results indicate that loss reduction is the top priority in the design and fabrication of highly sensitive microring resonator optical biosensors.

阐述了提高微光成像系统低照度探测极限的本质是需保证成像系统对光信号足够的积累时间,从理论上指出降低CCD温度实现低照度探测的局限性和实现技术的复杂性后,提出在光阴极与光电子接收器(屏靶)之间耦合一个磁镜装置(即微通道电子瓶板结构)作为一种新的光电子接收器,即可有效保证图像信号的积分时间,提高成像系统的探测信噪比,达到拓展微光成像系统低照度探测极限的目的。论证了磁镜场的物理机理,并用计算机模拟显示出了预期的结果。该方案在常温下能实现当前微光成像系统低温探测灵敏度极限10-11 lx的目标。