液芯金属包覆波导是针对流体设计的一种特殊光波导，自上而下主要由三部分构成：上层耦合层为几十纳米的薄金属膜，便于通过自由空间耦合技术激发超高阶导模；中间导波层是由两C字形的玻璃构成的亚毫米尺度样品腔，待测样品可通过进样口与出样口进出；下层衬底层为几百纳米的厚金属膜，阻止导波层中光场泄漏。通过此结构激发的超高阶导模具有偏振无关、有效折射率低、半峰全宽小、灵敏度高、古斯-汉欣位移增强、光场增强等特性。本文基于上述特性，开展了如下四方面的研究：　　一、以增强的古斯-汉欣位移为探针，进行了大肠杆菌的低浓度检测。大肠杆菌O157:H7属于革兰氏阴性短杆菌，饮用低浓度的大肠杆菌污染水溶液可致人及牲畜染病，因此对大肠杆菌进行低浓度检测对预防相关疾病至关重要。而本实验室之前的理论与实验研究均表明：当波导中的本征损耗与辐射损耗匹配时，反射光的古斯-汉欣位移可增强至毫米量级，且对波层中的结构参数（如折射率、厚度）变化极其敏感。从光学角度看，大肠杆菌的浓度变化可引起其溶液折射率的微小改变，因此，可以通过测量反射光的古斯-汉欣位移改变实现大肠杆菌的低浓度测量。实验中，激光为860nm的 TE偏振光，不同浓度的大肠杆菌溶液注入液芯金属包覆波导作为导波层，通过PSD测量古斯-汉欣位移，结果表明可得到低至100cfu/ml的浓度分辨率。除无需标记及灵敏度高外，此方法还可以有效避免光源输出功率改变和环境扰动引起光强波动所带来的实验误差。　　二、以反射光强为探针，实时监测了牛血清蛋白与抗生素青霉素钠结合的动力学过程。生物大分子之间的结合常数及解离常数测量对探知生物奥秘、研发更加有效的疫苗都具有理论指导作用，其中光学探测方法实验过程简单，且不会影响生物分子性能。实验中，将牛血清蛋白、青霉素纳混合溶液注入液芯金属包覆波导，因两者分子的相互结合会实时引起溶液折射率的微小改变，从而引起超高阶导模的移动及反射光强的变化，通过光电二极管测量反射光强，实时记录了该两种分子结合的动力学过程。实验结果表明可探测μmol/l的青霉素钠和5％BSA相互作用。　　三、以反射光强为探针，研究了超稀浓度磁流体样品在微小磁场下的磁光效应。纳米磁流体在外磁场下会形成链状或柱状等微小结构，具有可调谐的磁光特性，被用于制备各种新型光子器件。虽然磁流体的相关论文很多，但超稀稀浓度磁流体样品在微小磁场下的磁光效应并没有得到关注。实验中，将超稀稀浓度纳米磁流体注入液芯金属包覆波导，在外磁场作用下，溶液折射率会发生微小变化，从而引起反射光强的显著改变。实验表明：外加磁场小至几个Oe，溶液浓度为6.46×10-3%时，其O光和e光的折射率变化情况相反。且通过合理调节偏振片的透射轴，磁流体折射率变化能实现磁场无关，偏振无关。　　四、提出了纳米磁流体在液芯金属包覆波导中的团簇形成模型及其全光调制方法。因为超高阶导模具有光场增强效应，纳米磁流体在强场作用下因光捕获效应聚集及成链，从而形成有序的一维周期性光子晶体微结构。实验中，将纳米磁流体注入液芯金属包覆波导，在无外磁场作用时，860nm的强激光作为泵浦光，650nm的弱激光作为探测光。结果表明：改变泵浦光的强度，可有效地对探测光的反射光强及其古斯-汉欣位移进行全光调制。通过此自组装方法形成的有序微结构，成本低，制备时间短，可全光及磁光调制，有望用于新型光子器件的制作。