在光纤通信和传感系统中,光调制器都发挥着巨大的作用,是集高速、长距离传输等优点于一体的集成光学器件。目前,对于光调制器的研究已经有了很大的进展,不仅性能有所提高,还很大程度上提高了调制速率和带宽,并且集成度也逐渐增加。但是随着光纤通信和传感技术的发展,对现有调制器的性能提出了更高的要求,在材料以及波导结构上又做了进一步的创新。石墨烯这种新型二维材料的出现,成为当前国内外研究的热点,由于其独特的结构以及良好的光学和电学特性,使它成为了集成光电器件领域的重要研究方向。并且,当石墨烯作为波导结构时,其传播常数各向异性,内部能态不同导致了其与众不同的特性。石墨烯对于D型光纤波导表面的光传输具有偏振相关的吸收增强特性,同时,可湿法转移的工艺实现石墨烯与D型光纤波导结构的有效结合,从而可以开展石墨烯与光纤结合的混合波导结构的光学新特性和新器件研究。首先,本论文提出通过湿法转移的方式尝试将化学沉积法生长的原子层厚度的石墨烯薄膜覆盖在D型光纤的表面,以增强石墨烯与D型光纤表面传输光场的相互作用。在设计出石墨烯涂覆D型光纤的混合波导结构之后,我们从理论上研究了其光传输特性,并对其模场传输和分布特性进行了仿真分析。其次,本论文对于单层石墨烯薄膜的制备、转移和表征方法以及D型光纤的抛磨技术进行了详细的工艺研究, 为石墨烯-D型光纤混合波导结构的制备工艺提供了参考。最后,论文利用制备完成的石墨烯-D型光纤混合波导结构开展了实验研究,我们分别对单模D型光纤以及多模D型光纤进行实验研究,其中包括石墨烯覆盖单模D型光纤波导结构的偏振相关饱和吸收特性实验以及石墨烯覆盖多模D型光纤混合波导结构的气体传感实验。通过以上相关实验验证了石墨烯-D型光纤混合波导结构在光调制以及气体传感应用中的可行性。