光纤是现代光通信网络的基石,然而其自身稳定的物化性质,使得在其中传输的光场对外场和外界生化物质没有明显的响应,这极大地限制了光纤在其它各领域的应用。将光纤与功能材料相结合,能有效改善光纤的各种性能。本论文以特种光纤与功能材料复合为突破口,设计并制备了多种光纤传感器件。文中采用的特种光纤主要有简化空芯光子晶体光纤(SHC-PCF)和大芯径多模光纤,采用的功能材料主要包括磁致伸缩材料和荧光材料。SHC-PCF中具有的较大空气孔洞不仅提供在光纤中填充功能材料的机会,还减少光纤横截面中石英的量,使其更易受应变的影响,将其与可将磁场变化转化为应变变化的磁致伸缩材料相结合,可制备光纤磁场传感器件。大芯径多模光纤可有效增加光纤的收光能力,将其与荧光性质受特定生化物质影响的荧光材料相结合,可制备光纤生化传感器。本论文的主要研究成果如下:(1)提出了基于Metglas带状磁致伸缩材料和光纤本征法布里-珀罗干涉仪(FPI)的光纤磁场传感器。该光纤本征FPI在一段SHC-PCF两端熔接单模光纤(SMF)制备而成。将该FPI直接作为光纤应变传感器,实验上测得的应变灵敏度为1.78pm/με。在应变测试的基础上,将Metglas带状磁致伸缩材料与FPI相结合制备了光纤磁场传感器,测得的最大磁场灵敏度为2pm/Oe。(2)提出了基于Metglas带状磁致伸缩材料和级联光纤本征FPI的光纤磁场传感器。利用级联FPI腔长间的微小差别,提出的光纤结构实现了“游标效应”,大幅改善了光纤传感器的灵敏度。利用“游标效应”,通过监测传感器反射干涉谱包络的漂移,得到的应变和磁场灵敏度分别为47.14pm/με和71.57 pm/Oe。此外,通过包络拟合,实现了对应变和磁场的连续性测量。(3)制备了基于三端面反射的光纤本征FPI传感器。通过控制三反射面之间的光程,该光纤结构实现了相似的“游标效应”,有效改善了测量灵敏度。提出光纤结构可分别应用于温度、应变传感,将其与Metglas带状磁致伸缩材料相结合,可进一步用于磁场传感。通过监测反射干涉谱包络的漂移,得到的温度、应变和磁场灵敏度分别为 1.019 nm/℃,47.922pm/με,85..46pm/Oe。(4)展示了基于Terfenol-D平板磁致伸缩材料和光纤非本征FPI的光纤磁场传感器。通过将较长可伸缩长度的Terfenol-D平板和较小腔长的光纤非本征FPI相结合,提出传感器的磁场灵敏度得到大幅提高,最终测得的磁场测量灵敏度高达875.73pm/Oe。此外,通过传感器的重复性测试,揭示了此磁场传感器两种不同的工作模式。(5)提出了基于Ru(Ⅱ)化合物荧光物质的光纤一氧化氮(NO)传感器。该传感器利用荧光物质的荧光强度随NO浓度增强而增强的特性进行NO浓度的测量。实验中采用两种不同的方案制备该传感器-溶胶凝胶和静电自组装法。对实验结果的分析发现,静电自组装方法具有更好的重复性,且制备传感器的探测极限可低至1分M/L。未来该传感器的探测极限可进一步改善,并有希望用于活体组织中NO的检测。本论文初步实现了特种光纤和功能材料的复合,即SHC-PCF与宏观磁致伸缩材料、大芯径多模光纤与荧光材料的异质复合,得到了基于功能材料的光纤传感器件-光纤磁场传感器和光纤NO传感器,实现了纯石英光纤所无法实现的功能。随着技术的发展,提出的光纤传感器件有望进一步提高探测灵敏度,实现地磁场和活体组织中NO的测量。