近年来，光纤中微通道和微腔结构在光纤传感领域受到越来越多的关注。光纤中微通道和微腔结构体积小、结构紧凑、直接作用于光纤纤芯，而且能够在光纤内形成法布里珀罗（Fabry-Perot,简称FP）干涉，液体折射率、温度、拉力等外界参数变化能够通过光纤中微通道和微腔结构对光纤内的光信号产生相位调制。因此，光纤中微通道和微腔结构具有更高的传感灵敏度，在液体折射率、温度、拉力等参数的传感方面具有重要的应用价值。本文中，作者提出利用飞秒激光诱导水击穿在光纤中制备微通道和微腔结构的全新方法，并通过理论和实验研究光纤中微通道和微腔结构的传感特性，设计和制备出具有更高传感灵敏度的光纤中微通道和微腔结构。具体工作如下：利用飞秒激光诱导水击穿在光纤中制备出单微通道结构，研究了其温度传感特性。利用该方法在光纤中制备的微通道直径均匀，位置精确可控，内表面粗糙度相对较小，制备效率高，整个制备过程仅需1-2分钟。理论和实验研究了飞秒激光脉冲能量与制备出的微通道直径的关系，从而实现了对微通道尺寸的精确控制。本文利用飞秒激光诱导水击穿结合电弧放电熔融技术在光纤末端制备出贯穿光纤纤芯、内表面光滑的单微通道结构。光纤中单微通道的两个侧壁与光纤末端端面形成了三个反射面，光纤内的光信号经过三个反射面反射产生了三光束FP干涉。对该光纤中单微通道结构的三光束干涉反射谱进行了实验探测和理论模拟，理论和实验研究了该光纤中单微通道结构的温度传感特性，温度传感灵敏度达到13pm/oC，比传统光纤中双光束FP干涉结构的温度传感灵敏度高出一个量级。利用制备出的光纤中单微通道结构能够实现高温恶劣环境下的高灵敏度温度传感。利用飞秒激光诱导水击穿在光纤中制备出复杂的级联三微通道结构和H型微通道结构，分别研究了其液体折射率传感特性和湿度传感特性。首先，利用飞秒激光诱导水击穿在光纤中制备出级联三微通道结构，三条微通道均贯穿纤芯且彼此平行，使得纤芯中的一部分光能量散射到包层中，包层中的光信号与纤芯中的光信号形成干涉，在光纤透射谱中产生干涉峰。实验研究了该光纤微通道结构的折射率传感特性，折射率传感灵敏度达到了2406.1nm/RIU和156.8dB/RIU。利用制备出的光纤中级联三微通道结构能够实现针对液体折射率的高灵敏度传感。其次，利用飞秒激光诱导水击穿在光纤中制备出H型微通道结构，H型微通道的两个竖直通道贯穿光纤纤芯，水平通道与光纤纤芯重合。气体和液体能够进入光纤中H型微通道，在水平通道内与光纤中的光信号相互作用。实验研究了光纤中H型微通道结构的空气湿度传感特性，灵敏度达到1.0dB/1%RH。利用制备出的光纤中H型微通道结构能够实现针对空气湿度的高灵敏度传感。利用飞秒激光诱导水击穿在光纤中制备出矩形微腔结构，研究了其液体折射率传感特性。光纤内的光信号经过光纤中微腔的两个侧面分别反射后能够在光纤中形成FP干涉，本文针对FP干涉型光纤中微腔结构的折射率传感特性进行了理论研究，分析了微腔形状、腔长、内表面光滑程度对光纤中微腔结构的折射率传感灵敏度和探测精度的影响。根据理论研究和分析结果，利用飞秒激光诱导水击穿结合电弧放电熔融技术在光纤中制备出内表面光滑的矩形微腔结构，其反射谱呈现出高质量的干涉峰。实验研究了该光纤中矩形微腔结构的液体折射率传感特性，折射率传感灵敏度为1147.5nm/RIU，探测精度达到1.29×10-4。利用制备出的光纤中矩形微腔结构能够实现针对液体折射率的高灵敏度、高精度、低串扰传感。利用飞秒激光刻蚀结合光纤熔接法在光纤中制备出条型微腔结构，研究了其拉力传感特性。本文针对FP干涉型光纤中微腔结构的拉力传感特性进行了理论研究，利用ANSYS软件中的静态力学分析对不同形状的光纤中微腔结构在拉力作用下的形变进行了模拟，分析了微腔形状和尺寸对光纤中微腔结构拉力传感灵敏度的影响，理论研究和分析结果表明腔长较小的条型微腔结构具有更高的拉力传感灵敏度。利用飞秒激光刻蚀结合光纤熔接技术在光纤中制备出腔长分别为18μm和15μm的条型微腔结构，实验研究了这两个光纤中条型微腔结构的拉力传感特性，拉力传感灵敏度分别达到了22pm/mN和26pm/mN。利用制备出的光纤中条型微腔结构能够实现针对拉力的高灵敏度、低串扰传感。