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微纳光纤以其微型尺寸、超大比例倏逝场、高灵敏度、无源低损耗、抗电磁干扰、适于恶劣环境、易于集成等优势广泛应用于石油化工、工业生产、医疗安全、智能家居等传感领域。同时,石墨烯、二硫化钼等新材料的出现以及其特性的挖掘,使得新材料与微纳光纤的结合成为可能,不仅大大提高了探测灵敏度,而且广泛增加了可监测参量。本论文针对环境监控物联网中所需的高精度温度和气体探测需求,系统全面地开展了表面修饰微纳光纤传感技术的机理及实验研究,主要的工作内容包括如下几个方面:(1)基于微纳光纤波导模型,对不同结构参数情况下光纤的模场分布进行了充分的理论仿真和分析,并对微纳光纤的制备工艺做了深入探讨和实验研究。(2)设计石墨烯表面修饰微纳光纤的复合波导结构,对光学诱导沉积法、一步转移法和石墨烯膜支撑法等三种制备方法进行实验研究。(3)提出了基于石墨烯表面修饰微纳光纤的温度传感器,用Comsol软件仿真计算了石墨烯修饰微纳光纤复合波导的光场分布,分析了基于透射光强检测的温度传感机理。在此基础上,分别进行了基于石墨烯粉末表面修饰微纳光纤及石墨烯膜表面修饰微纳光纤的温度传感实验研究,获得了升温时0.1018dB/℃、降温时0.1052dB/℃的灵敏度,以及高达0.0098℃的温度分辨率。(4)提出了基于石墨烯表面修饰微纳光纤的氨气传感器,分别设计了基于石墨烯表面修饰微纳光纤功率检测和波长检测的传感方案,并进行了传感机理分析和实验研究。利用功率解调方案实现了0.1352 dB/100ppm的灵敏度以及0.74ppm的探测分辨率;基于马赫-泽德干涉结构的波长解调方案进一步提高了探测灵敏度,且利用流量计精确控制氨气的流量,获灵敏度达48.68pm/ppm,探测分辨率达到0.021ppm,响应时间为76s的优异性能。