光纤传感器因其耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点而备受关注。许多光纤结构被应用于光纤传感领域,其中,微纳光纤由于其表面倏逝场强、高稳定性的信号传输、体积小、重量轻等优点而成为光纤传感领域的重要波导结构之一。目前,很多以微纳光纤为波导结构的光学传感器被广泛应用于湿度、温度、折射率、生物等领域。而随着科技的飞速发展,在农业、工业、医疗、环境监测等领域中都需要对湿度进行实时监测,因此,研发高精度和快速响应的湿度传感器是极为必要的。本文结合微纳光纤的优点,以三维石墨烯为增敏材料,制作并研究了基于三维石墨烯微结构的超快光纤湿度传感器。本文的研究内容主要包括:1、采用静电自组装法制备了氧化石墨烯/聚苯乙烯复合纳米微球(GO/PS)。利用水合肼将覆盖在PS微球上的GO纳米片还原成石墨烯(r GO),得到还原氧化石墨烯/聚苯乙烯(r GO/PS)复合纳米微球。表征了r GO/PS复合纳米微球的拉曼谱和XPS谱。2、采用悬浮沉积的方法在微纳光纤表面制备三维石墨烯微结构,使得微纳光纤与基底成功分离,得到一种独立的三维石墨烯微结构光纤,并将其应用于湿度传感领域。三维石墨烯微结构是还原氧化石墨烯/聚苯乙烯(r GO/PS)复合纳米微球通过自组装的方式在微纳光纤表面堆积的效果,在这里,PS微球为湿度不敏感材料,起到支撑三维石墨烯微结构的作用。三维石墨烯微结构作为湿度增敏层,湿度的改变会引起它的有效折射率的变化,最终改变该传感器的透射光功率。三维石墨烯微结构的高比表面积和微孔结构增强了它与水分子之间的相互作用,微纳光纤传感器的独立模式加速了水分子的吸收和释放过程,使湿度传感器展现出超快的响应时间和恢复时间。3、测试了包裹三维石墨烯微结构的微纳光纤湿度传感器的湿度响应特性。实验结果显示,当湿度从11.6%RH升高至90.9%RH时,传感器的透射功率下降了41.39 d Bm,在11.6%RH-71.3%RH湿度范围内,它的湿度灵敏度为-0.172 d B/%RH,其线性相关系数为94.9%RH,在较高湿度80.3%RH-90.9%RH范围内,其湿度灵敏度达到-2.841 d B/%RH,线性相关系数为96.9%。探究了包裹在微纳光纤表面的三维石墨烯微结构厚度对传感器的湿度灵敏度的影响,实验结果表明,三维石墨烯微结构越厚,传感器的湿度灵敏度越高。4、测试了基于三维石墨烯微结构的超快光纤湿度传感器的响应时间和恢复时间,探究了包裹在微纳光纤表面的三维石墨烯微结构的厚度对传感器的响应时间的影响。实验测量了四个具有不同湿度灵敏度的样品(S1、S2、S3、S4)的响应时间和恢复时间。结果表明,样品的湿度灵敏度越低,其响应时间越快。其中,湿度灵敏度最低的样品S4,展现出超快的响应时间和恢复时间,当相对湿度在10%RH到90%RH之间瞬间变化时,S4实现了57ms的响应时间和55ms的恢复时间。