基于超级模式理论和类量子光学理论,设计并研制出单模光纤环双偏振干涉仪、金属等离子体激元参与的微纳器件、光纤偏振旋转器等新型光纤器件,并进行了理论和实验方面的深入研究。首先,对光子晶体光纤的发展及传感应用简介和评述;然后,对类量子光学理论、拓扑塞曼效应和表面等离子体激元理论进行简述;进而,对所设计和研制的新型光纤器件的设计方法、机理研究与实验验证进行详细论述;最后,对本文进行总结和展望。本文主要研究工作和成果如下:1.首次发现单模光纤环干涉仪的偏振模式干涉特性并进行了研究分析。基于该特性提出使用偏振调控的高灵敏度光纤扭转以及折射率传感器,并进行实验验证。具体包括:（1）建立了双线偏振模式干涉数学模型及其理论,并在实验上进行了验证。（2）采用全矢量有限元算法,分析和求解出环形单模光纤支持的模式;发现弯曲处导致包层/空气波导与纤芯/包层波导形成耦合,在正交偏振方向产生了奇偶模式;使用单模光纤环进行液体折射率响应实验,验证了单模光纤环存在快轴与慢轴。（3）当入射光偏振态平行于光轴时,干涉光谱漂移量对环境折射率的响应呈现指数函数,并进行了实验验证。（4）当入射光偏振态平行于光轴时,沿快轴的模式折射率响应比沿慢轴的模式折射率响应更敏感,实验测量结果最大平均折射率响应为657.895 nm/RIU。2.首次发现了金属等离子体激元形成的微纳光纤干涉仪具有单偏振干涉特性,并定量研究了线偏振泵浦光偏振角度对透射光谱的影响。包括:（1）建立了空气等离子体激元及混合等离子体激元共同参与的单偏振干涉仪模型及其理论,并在实验上进行了验证。（2）首次发现通过掺杂吸收/散射体,如本文第四章实验中的硅羟基,空气SPPs可以被激发。同时,空气SPPs与混合SPPs可以进行耦合。（3）该器件透射光谱对于输入线偏振泵浦光的偏振角度非常敏感,其特性可用于扭转参量的测量,反过来也可以作为设计TM偏振滤波器的一种有效手段。（4）通过改变掺杂吸收/散射体的种类,还可以设计其它波段的TM偏振滤波器。3.首次提出基于拓扑塞曼效应与类量子光学原理设计两种新型光纤偏振旋转器件并详细分析了其偏振的传输特性,具体包括:（1）拓扑塞曼效应。此设计方案克服了传统无源偏振转换器设计中存在纤芯形状不规则的缺陷,同时弥补有源偏振转换器设计中需要填充液晶的不足。（2）类量子光学原理。基于此方案所设计的新型光纤偏振转换器件能够与既有的单模光纤网络实现无缝兼容。