光子带隙型光子晶体光纤(Photonic Band Gap Photonic Crystal Fiber,PBGPCF)由于其气孔结构具备作为吸收气室的特性,已经成为光纤传感领域的研究热点。通过在PBG-PCF光纤中引入慢光效应,为痕量气体检测提供了一个新的思路。结合光流体填充和气敏薄膜涂覆,设计了一种基于空芯光子晶体光纤中慢光效应的气体传感器,实现了甲烷气体浓度的精准检测。论文的主要研究内容如下:(1)对PBG-PCF结构中慢光特性进行了理论研究,结合平面波展开法研究了空气孔半径、位置、填充材料对槽波导色散曲线及群速度曲线的影响,并重点分析了慢光效应在气体传感领域的应用。(2)以光子晶体波导作为传感结构,分别在两个通道引入不同的气体敏感材料,利用时域有限差分法分析了气体浓度对传输光谱的影响。优化后的结构能使两个传感通道相对独立,从而实现了氢气和甲烷气体浓度的同时测量。(3)选择八边形包层结构的空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为传感气室,研究了在HC-PCF中填充光流体对限制损耗、相对灵敏度的影响,其相对灵敏度在65%以上,证明了空芯光纤在气体传感方面的优势。基于HC-PCF慢光效应设计了一种新型气体传感装置,通过在包层空气孔中填充光学流体,将吸收增强因子光谱峰调谐到待测气体的红外吸收光谱上,实现了目标气体种类的快速检测。同时,在靠近纤芯的空气孔中涂覆气敏薄膜用于气体浓度测量。结果表明,甲烷浓度灵敏度为0.794 nm/%,线性度为99.978%,这为高灵敏度的微量气体检测提供了一种新思路。该论文有图37幅,表3个,参考文献97篇。