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微结构光纤广义上包括传统的光子晶体光纤和在普通光纤上制作微纳米尺寸结构的光纤。微结构光纤灵活多样的结构设计,可以得到各种所需要的光学特性,这是传统光纤无法比拟的,引起了科学界的广泛关注。微结构光纤传感器的种类很多,本论文的研究工作主要围绕基于如下两种工作原理的传感器开展的,一是基于表面等离子体激元的微结构光纤传感器(包括局域场和非局域场表面等离子体共振)。二是基于干涉型的微结构光纤传感器(包括法布里珀罗干涉和迈克尔逊干涉)。本论文的主要工作和创新点如下：(1)设计和研究了全固态D形状光子晶体光纤传感头,其原理是基于表面等离子体共振机理。该传感头的提出解决了相位匹配问题,并简化了制作工艺。模拟结果显示随着折射率的增加,波长漂移速度增大,其折射率灵敏度至少为7300nm/RIU,曲线品质因子优于216。为了更好的激发出等离子体波,研究了所镀银膜的厚度,第一圈介质棒的尺寸大小和抛光深度的影响。研究中发现了奇特的物理现象,随着抛光深度的增加,共振波长先红移,然后蓝移,,最大的曲线品质因子出现在转折波长处。(2)设计了新型的纳米网格结构的表面拉曼增强散射传感头,该传感头可直接在光纤端面制作。该结构使等离子体共振峰具有很好的稳定性,且能长时间高效率工作。双共振峰的产生,相对于一个共振峰来说,使增强因子提高了两个数量级,局域场被大大的增强了。由于传感头是对称结构,所以光源偏振态的影响可以忽略不计。(3)提出了一种微结构多腔法布里珀罗干涉的传感头。在单模光纤端面一定距离的地方,用飞秒激光器制作一个矩形小孔,和单模光纤的端面形成了多个腔。首先,用峰值波长追踪法来解调折射率和温度的变化。实验结果显示,折射率灵敏度和温度灵敏度达到了867.6nm/RIU和7.8pm/℃。该传感头,存在两个独立的腔,空气腔用来测折射率,玻璃腔用来测温度。这样就避免了折射率和温度的交叉影响。(4)提出了一种基于紫外胶填充光子晶体光纤空气孔的微型迈克尔逊干涉光纤传感头,该传感头包括单模光纤,紫外胶和光子晶体光纤,紫外胶连接单模光纤和光子晶体光纤。详细介绍了该传感头的制备方法。填充空气孔紫外胶的长度可以有效调节该传感头的光学特性。由于光纤材料和紫外胶材料的热光和热膨胀系数的不同,填充空气孔紫外胶的长度可以有效调节该传感头的温度灵敏度。实验结果显示,当长度比为1.556时,温度灵敏度达到了-99.3pm/℃。理论显示,减小长度比,可以大大的提高温度灵敏度。