对于制糖工业、药物筛选、医学研究等领域,折射率信息都是一个重要的参考量。传统的化学试剂反应及生物学方法中,样本处理过程繁琐问题,不可预测或控制的诱变因素太多,棱镜型传感器体积大,光纤传感器因其径细质轻、光谱易耦合复用、适用于各种艰苦恶劣的环境等优势备受青睐,光栅传感器可以实现级联、阵列化布局、分布式设计等进行多参数的同时测量更是受到广大学者们的注意。综合目前折射率传感器的发展情况,本文搭建了一种反射式光纤折射率传感系统。倾斜光纤光栅(TFBG)因其光栅平面与光纤轴向不垂直而产生了对环境折射率敏感的包层模,双锥形结构可将部分后向传输的包层模重新耦合进光纤纤芯中传播,结合双锥形和TFBG的优势,展开本课题的工作。随着实地作业环境的多样性变化,传感系统不止要实现抗电磁干扰/腐蚀、微型化、不损伤待测物的结构及活性等基础性能,实时在线监测、便于现场应用、免标记、重耦合再利用、快捷检测等也是研究所要注意的问题。本文致力于研究反射式双锥形-TFBG光纤传感器结构,通过数值模拟、制作加工、实验分析、反馈修改的过程来逐步验证该设计的可行性。本论文的主要研究内容如下:1、通过对溶液折射率检测、微生物生长密度监测技术的国内外发展现状进行概括总结,阐述了本课题的研究背景,提出了一种反射式双锥形-TFBG光纤传感系统;分析了反射式双锥形-TFBG结构所涉及到的耦合模方程和传输理论;将偏移拼接TFBG与双锥形反射式结构进行性能对比,描述了两种系统的折射率传感流程及特性。2、采用COMSOL模拟仿真双锥形-TFBG传感结构,分析了阶跃型、连续锥型、锥柱型、锥锥型四种锥形结构光泄露程度,选择锥柱型作为敏感区的部分结构;比较栅区长度不同时TFBG周围产生的包层模情况,得出敏感区周围模场分布随着外界介质变化而变化的结论;介绍了 TFBG栅区相位掩模板法写制过程和锥区结构加工的方法。3、比较了不同尺寸锥形-TFBG敏感区域的反射谱,选择了锥腰直径45um+栅区长度20mm的参数进行后续实验;搭建了测试实验系统及菌种监测平台,进行了氯化钠溶液折射率检测试验,得出随着折射率的增大,反射谱向大波长方向偏移的结论,灵敏度为7.4188nm/RIU,线性拟合系数达到0.9906,运用溶液折射率测量实验结果验证传感器结构的性能及可行性;进行了乙醇水溶液检测实验,随着乙醇的挥发,溶液折射率减小,反射谱共振波长不断蓝移;实施了大肠杆菌E.coliTG1株生长状态的监测实验,观察整个过程中反射谱的变化,实验结果良好,从而实现了反射式双锥形-TFBG传感系统对细菌浓度变化的测量。本文在最后对当前课题的完成情况进行了总结,提出了研究进展过程中的不足,并为继续优化改良传感器结构的方向提供了可参考的建议。