研究了渐变型空芯波导(GTHW)在太赫兹波段的传输特性。基于几何光学方法, 仿真分析了波导的输出光束质量和传输损耗特性。相比均匀型空芯波导, 当光从渐变型空芯波导的大端传输至小端或沿相反方向传输时, 渐变型波导具有特殊性能。当光从波导大端传输至小端, 渐变型和均匀型波导具有相似的弯曲附加损耗, 并且渐变型波导具有更高的耦合效率, 便于与多种光源耦合；当光从波导小端传输至大端, 渐变型波导的传输损耗和输出光束发散角更小。仿真了波导弯曲率、光源发散角和波导锥度等参数对传输损耗的影响。采用波长532 nm的半导体激光器作为光源, 进行了验证实验。测量数据与仿真结果有很好的一致性。

设计并搭建了低温拉丝塔, 以PC(聚碳酸酯)管材为预制棒制备渐变型空芯光纤基管。在基管上镀制Ag和AgI来制备柔性渐变空芯波导, 该波导在3.3 μm波长处具有低损耗特性。通过理论和实验探究了波导的传输特性, 以甲烷作为样本气体, 通过实际测量, 探究了波导长度、弯曲半径和大小端入射等因素对系统特性的影响。结果表明, 对于渐变型空芯波导, 当光源从大端入射时能提高耦合效率, 并优化系统检测极限和灵敏度; 当光源从小端入射时, 系统将具有更大的饱和吸收度。

基于空芯波导的柔韧性可以将若干米长的波导弯曲至半径若干厘米的圆盒内，配合光源及检测器即可得到光程长、气体容积小、响应速度快的小型化气体传感系统。建立了一种基于几何光学理论的弯曲波导传输模型，通过仿真与实验研究了弯曲空芯波导的传输与传感特性，总结了通过优化波导长度、弯曲半径、系统信噪比、波导孔径及光源发散角等参数降低系统检测极限、提高灵敏度的方法。

基于介质/金属膜结构空芯波导的原理，制作了用于太赫兹波传输的大口径柔性介质/金属膜波导。针对大口径的特点，设计改良了液相镀膜法并制作了具有不同介质膜厚的柔韧波导。对制作波导的介质膜厚和损耗谱等进行了理论分析和实验验证。采用发射频率为2.5 THz的量子级联激光器，对介质/金属膜结构太赫兹空芯波导的传输损耗、弯曲附加损耗以及光斑能量分布特性等进行了实验研究。结果表明，传输损耗及弯曲附加损耗均随介质膜厚的增加而减小，光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式。

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有很高的选择性和灵敏度，能够实现污染区域环境中痕量氨气(NH₃)的在线检测。影响TDLAS 系统测量精度的因素有很多，温度和压力是最基本的两个影响条件。首先介绍了TDLAS 原理和实验系统，然后研究了温度变化对检测结果的影响，温度在-10℃~50℃之间，使用空芯波导(Hollow Waveguide, HWG)气体池对浓度为50 ppm 的NH₃ 进行检测，得到其二次谐波光谱图，从图中可以得出在该温度范围内，NH₃ 二次谐波信号幅度随温度升高而减小。温度不变，气体池内压力从0 kPa 变化到100 kPa 时，二次谐波信号的幅度随着压力增加而减小。根据实验结果，给出了该系统的温度压力修正公式。修正后，50 ppm 的NH3在不同温度下的最大检测相对误差为-5.5%。对30 ppm 的NH₃ 长时间监测结果表明，修正后系统能够适应现场监测需求。