长期以来,制造业化工厂等利用气体传感器来检测气体泄漏问题。目前大多使用的类型为电化学式的传感器,操作复杂,响应速度和检测精度等方面还存在不足。红外气体传感器作为一种新型传感器技术,在依赖性上有一个大的优势,不易中毒失效,就能延长它的使用期限,检测精度高、有一个快的响应速度,便于携带和操作等,在未来会成为主流的气体传感器。上转换纳米颗粒（UCNPs）已被熟练地用作红外探针,但是诸如检测精度低和非线性响应复杂的问题仍然存在。在本文中构造一种复合纳米系统:利用两种类型的回音壁模式,实现了具有良好线性响应和高准确度的光学气体传感器,在室温条件下,它的检测限可以达到0.052 ppm的甲醇气体。一是玻璃微纤维的回音壁模式,通过将石墨烯中间层与玻璃微纤维耦合,实现对核壳上转换纳米颗粒的局部光学模式与表面散射与表面吸收的操纵。石墨烯的加入能够调节玻璃微纤维对激发光的折射和散射,同时实现从玻璃微纤维到上转换纳米粒子的光子传输,使得有石墨烯参与的复合纳米系统相比没有使用石墨烯的复合纳米系统,呈现出了不同的发光响应性能。由于石墨烯的“光门”作用,通过石墨烯在复合纳米系统中的刺激来间接实现线性刺激响应上转换发光;二是纳米微腔的回音壁模式,对纳米结构进行了调控,将发光层生长在空腔之上,形成纳米微腔的回音壁效果,又引入了高的能量吸收截面的Yb3+的掺杂以进一步增强对激发光的利用。本文对红外气体传感器的研究主要可分为这四个方面:一、对气敏材料的构成方式以及使用过程进行了设计。本文选择了柔性衬底玻璃微纤维,在弯曲或拉伸和放松的位置都能保证具有良好的重复性和稳定性,并且它的回音壁模式可以聚集光束以增强对入射光的利用;为了减少使用过程中外部可控因素造成的结果偏差,设计了辅助装置用以减少相对位置的改变而造成的光强改变。二、在初结构中接入了石墨烯以提高气敏性能。本文选择了石墨烯这种优良的光电材料来优化结构,石墨烯的超润湿功效能主动吸附被测气体,同时可以减少发射光的损耗;而在玻璃微纤维与上转换纳米颗粒之间插入石墨烯薄层,形成一个复合次级结构,进一步放大光学信号,多重优势极大地提升了气体传感器的性能。三、设计了空腔回音壁模式的多壳层纳米结构以完成对上转换纳米颗粒进行结构调控。本文基于回音壁模式的聚光效应,对纳米结构进行了改进,并引入了拥有高的能量吸收截面的Yb3+的掺杂,实验结构证实了在发光层与空腔层中间的Y层掺入高浓度的敏化剂Yb3+,在光子能量与激活剂Er3+之间架起一座能量传输的桥梁,能极大地提高了该晶体的量子效率,通过光谱表征也证实了该理论。四、利用多种复合纤维分别完成了对甲醇气体的检测实验。本文完成了以核壳纳米颗粒为气敏元件的GMUN与GMGUN对甲醇气体的检测实验,实现了该复合材料作为气体传感器良好的线性响应;以及以多壳层空腔纳米结构为气敏元件的CS3C对甲醇气体的检测实验,实现了该复合材料作为气体传感器高的检测准确度。