单模-多模-单模(SMS)光纤结构是一种基于多模光纤内模式干涉效应的新型光纤器件。利用这种光纤结构的光谱响应和环境响应特性可以制作诸如应变传感器、温度传感器、光纤透镜、边缘滤波器和带通滤波器等多种新型光纤器件,为光纤通信和光纤传感提供了一种全光纤解决方案,并因具有易封装、易与光纤系统连接等诸多优点而拥有巨大潜力,将在光纤领域得到广泛研究。本论文对基于阶跃型大芯径多模光纤的单模-多模-单模光纤结构进行了较为全面的研究。首先,对单模-多模-单模光纤结构的模式干涉效应和光谱响应特性给出了理论分析,并对借助数值仿真方法给出了直观的光场分布和光谱响应曲线的数值解。然后,借助宽谱光源和光谱分析仪测试了单模-多模-单模光纤结构的透射光谱特性,包括光谱随温度、应变和弯曲影响的变化特性等。最后,重点研究了两种基于单模-多模-单模光纤结构的应用：(1)基于单模-多模-单模光纤结构的折射率传感器,有效地实现了外界折射率测量,并提出通过腐蚀多模光纤包层的方法提高传感器灵敏度以及改变传感器动态范围的方案；(2)基于单模-多模-单模光纤结构的强度型光纤光栅解调器,该方案实现了低成本、高响应速率的光纤光栅动态传感的解调。