由于灵活的结构设计和优异的光学性能，光子晶体光纤是目前新型光电器件领域的研究热点之一。光纤传感具有抗电磁干扰、灵敏度高、绝缘性好、可实现分布式测量等优点，光子晶体光纤的多孔特性有利于通过填充光电功能材料扩展或提升其性能，光子晶体光纤的D型化并镀膜处理有利于增强光纤的倏逝场与被测物质的交叠。由于光子晶体光纤结构的特殊性，其制备工艺的难度一直限制着光子晶体光纤在传感领域的发展。本文数值研究了材料填充和覆膜型光子晶体光纤的传感特性、实验研究了光子晶体光纤的制备和填充工艺，并对实验室制备的光子晶体光纤进行了传感检测。主要工作如下:
　　1、介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展历程、光纤传感器的分类及光子晶体光纤的传感原理。系统给出了电磁波在光子晶体光纤中传输的波动理论和数值仿真方法，重点分析了有限元法在光子晶体光纤设计中的应用及其优势，进一步对国内外光子晶体光纤的制备技术进行了详细的综述。
　　2、利用模式控制与耦合理论分析了包层为矩形晶格结构的光子晶体光纤折射率传感器的传感机理。根据双芯光子晶体光纤纤芯能量周期性耦合效应提出了具有矩形包层晶格阵列的双芯光子晶体光纤折射率传感器，根据矩形晶格单芯光子晶体光纤的高双折射效应提出了萨格纳克(Sagnac)干涉型折射率传感器。进一步分析了矩形晶格包层气孔光子晶体光纤在传感器领域的优势:与三角形晶格相比，矩形晶格光子晶体光纤由于对纤芯传导模的束缚能力较低而更有利于纤芯能量的扩散，从而感知外界折射率变化的能力强、灵敏度高。
　　3、基于表面等离子体共振理论提出了几种无需待测物填充的金覆膜D型、准D型光子晶体光纤折射率传感器，通过纤芯模式与SPP模式之间的耦合效应控制其折射率传感特性。数值研究结果表明，在包层结构具有相同孔间距与占空比的情况下，包层气孔为矩形晶格结构或传感部位通过准矩形晶格设计的光子晶体光纤能够更好地实现双通道传感，此类型传感器相比于包层为三角形晶格结构的光纤具有更高的传感灵敏度。
　　4、开展了系统的光子晶体光纤制备实验，对光纤拉丝塔几个关键部位进行了改进，对光子晶体光纤制备的工艺参数进行了优化，分析了石墨炉内温度、送棒速度、牵引速度之间的关系及其对成丝效果的影响。在光纤制备过程中发现并解决了两大技术难题:(1)光纤涂覆同心度问题。提出利用红色激光束干涉方法解决由于高速拉丝或拉丝塔准直度不够而带来的光纤涂覆层同心度较低的问题。实验结果表明该方法可成功检测涂覆层厚度在±5μm范围内的变化量，并可通过微调模具、改变进料量等手段对涂覆同心度进行有效修正;(2)设计并制作了一套包层气孔结构可控、压力可调的保持装置。通过设计控制与反馈系统并选择合适的微压调控电磁阀和控制器，可极大地降低光子晶体光纤制备过程中包层气孔的坍塌率。进一步对银丝填充型光子晶体光纤的制备进行了初步尝试并对其飞秒激光传输特性进行了测试。
　　5、基于马赫—曾德干涉原理设计了光子晶体光纤折射率传感器并对其进行了传感透射谱的测量。将单模光纤与实验室制备的长度为5cm的光子晶体光纤进行熔接，通过合理调整熔接机电弧放电参数控制熔接区的坍塌程度，从而实现包层模式能量的传输并在终端与纤芯传导模式发生干涉。实验结果表明该传感器折射率灵敏度可达326nm/RIU，证明了实验室制备的光子晶体光纤能够应用于折射率传感和检测。