气体相对于液体和固体其扩散迅速,微量气体人体感官难以识别,对于环境中有毒有害、易燃易爆气体的检测可以有效地预防和避免事故的发生。随着科学技术的发展,生产生活中对环境中某种气体浓度检测的要求越来越高,检测浓度极限越来越低,灵敏度要求越来越高。在众多光纤传感结构中,光纤表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器是一种高精度、免标记、非破坏性、可实现在线实时检测的传感器,具有体积小,适合远距离测量等优点,已被广泛应用于生物分子的检测及溶液折射率测量,将其与气体敏感材料结合实现气体浓度测量已成为目前气体传感器研究的热点。石墨烯是2010年诺贝尔奖获得者Geim和Novoselov于2004年发现的由单个碳原子排列成蜂窝状结构的二维材料,其仅有一个碳原子厚度。石墨烯具有良好的光电特性,而且具有吸附分子的能力,对周围环境变化敏感甚至可以感知单个气体分子。本课题将石墨烯与光纤SPR传感器有机的结合,提出了一种基于石墨烯的光纤SPR气体传感器——石墨烯-光纤SPR传感器。分析了石墨烯-光纤SPR传感器的折射率特性和吸附特性,研究了光纤SPR传感探头的制作方法,设计了试验系统并进行了实验,在用于气体传感之前,对比了引入石墨烯对光纤SPR传感器的折射率特性的影响,主要完成了下列工作:(1)概述光纤SPR传感器的发展以及研究现状,并介绍了石墨烯在光纤气体传感领域的应用现状,主要是基于石墨烯吸附特性的传感器,在此基础上提出本课题的研究内容以及研究意义。(2)分析了光纤SPR传感器的传感原理和传感特性,在此基础上建立了四层膜结构的光纤SPR传感模型;探究石墨烯的光学性质和气体吸附性能,根据石墨烯的光电性能仿真计算吸附分子对石墨烯折射率的影响;设计了传感器结构,利用MATLAB软件对该结构进行理论仿真计算,计算不同结构参数情况下共振光谱并拟合得到灵敏度,实现对结构的优化。(3)探究利用化学法镀银膜制备光纤SPR传感探头的方法,在很大程度上简化了镀膜方法并且降低了制作成本,同时进行实验验证银膜的质量以及最优的银膜厚度。然后分析了石墨烯的制备方法,探究石墨烯的转移方法,并完成石墨烯-光纤SPR传感探头的制作。(4)通过实验探究石墨烯增强光纤SPR传感器折射率传感特性以及气体传感特性,详细介绍实验系统的搭建方法、实验步骤、实验结果的分析处理。实验结果表明,石墨烯-光纤SPR传感器在1.333～1.374折射率范围内的平均灵敏度为3898nm/RIU,折射率单点测量的标准偏差小于10-3,与传统光纤SPR传感器2463nm/RIU的灵敏度相比,其,测量折射率的灵敏度有了明显的提高;采用搭建的石墨烯-光纤SPR传感器试验系统对氨气浓度进行测量,结果表明,最低可检测的氨气浓度为3ppm,最高灵敏度达333pm/ppm,验证了石墨烯光纤SPR传感器测量微量气体浓度的可行性。