光纤传感器以其优于电学传感器的优势,如免于磁场干扰,小尺寸,低成本和响应快等,已经广泛应用于环境监测,生物大分子检测和临床检验等领域。本课题以多芯光纤传感为研究方向,分别从消逝场和偏振控制耦合两个角度,探讨了光纤传感器的传感性能和分光特性。本文利用氢气火焰熔融拉锥系统制备了基于七芯光纤拉锥的折射率传感器和光分束器。对光纤消逝场影响因素进行分析,光纤直径越小,环境折射率越高,对应的光纤折射率传感器灵敏度也越高。为了进一步增强光与外界环境相互作用强度,在光纤腰区表面覆盖单层石墨烯,可以提升其表面的消逝场强度。光纤直径相同,对比有无石墨烯覆盖的实验结果,有石墨烯覆盖的光纤折射率传感器灵敏度明显得到提升。利用有限元法模拟光纤表面光场分布,更小的光纤直径,有石墨烯覆盖的光纤表面光场强度更大,和实验结果相一致。另外从偏振控制多芯光纤耦合的角度,分别对圆对称结构和非对称结构进行分析。由实验结果可知,圆对称结构不具备偏振依赖特性。引入PDMS打破光纤圆对称性,基于衬底效应,光纤内存在4种超级模式,形成两组耦合干涉机理,对于不同角度的偏振光,其周期性振荡曲线发生变化,验证了其偏振依赖性。本文主要研究内容包括以下几个方面:1.基于七芯光纤石墨烯复合波导结构的折射率传感器研究(1)利用氢气火焰熔融拉锥系统,设计并制备了基于七芯光纤模式耦合的折射率传感器,该传感器件制备简单,样品重复性和稳定性良好,响应速度快。(2)针对多芯光纤的表面消逝场强度分析,一系列不同直径的七芯光纤同轴干涉仪,实验结果表明,更小的直径和更高的环境折射率,光纤表面更多的能量分布,光与物质相互作用强度越大,即对应的折射率传感器灵敏度越高。(3)多芯光纤石墨烯复合波导结构分析,对比不同光纤直径,有无石墨烯覆盖的实验结果,得出结论:直径越小,有石墨烯覆盖的光纤对应的传感器灵敏度越大。(4)有限元模拟光纤表面光场分布:对比不同光纤直径,有无石墨烯样品的光场分布,小直径和石墨烯覆盖的样品光场强度更大,模拟结果和实验现象符合良好。2.基于七芯光纤拉锥的角度依赖型偏振分束器(1)基于七芯光纤的耦合原理,利用氢气火焰熔融拉锥法,制备光纤直径为10μm的同轴干涉仪。由于芯径和芯间距减少,中间芯模式和周围芯模式发生干涉,利用七芯光纤分芯装置得到每根芯对应的光谱图。(2)拉锥过程中,芯径和芯间距随光纤直径等比例缩小,光纤任然保持圆对称结构。输入不同角度的偏振光,对于多芯光纤模式间耦合无影响,每根芯对应的透射图谱无变化。对比中间芯和边芯对应的光谱图,得出结论:周围芯之间的图谱大致重合,而周围芯和周围芯对应的振荡曲线相位差π/2。(3)由于PDMS的衬底效应,打破光纤圆对称结构,不同偏振光改变模间耦合状态,周围芯和中间芯对应的光谱图都随着入射偏振光角度而发生变化。(4)非对称结构,对比中间芯和周围芯的光谱图,可以通过调整偏振光角度,控制能量分布在中间芯或是均分在周围芯。