将光纤技术与纳米技术结合起来,实现尺寸更小、性能更佳、集成度更高的纳米光子学器件,是当前纳米光子学领域研究的一大热点。本论文着眼于光学纳米线的独特性质,研究制备新型纳米线,发现其新的物理现象和效应,并将其应用于新的微纳光子器件中,从而为解决科学和技术中的难题提供新的思路。在本工作的第一部分,研究了光学纳米线的导波光学特性。首先通过激发光光直接照射法和导波激发法两种作用方式的比较,发现导波激发法可以使光与纳米线的作用大大增强。然后研究了光在光学单纳米线里面传输时的一些独特的光学特性,如大范围的倏逝场调控能力,很高的空间分辨率,模式偏振的调控能力及异常波导色散和表面增强效应等特性,并指出这些特性在传感等领域中的潜在应用。本文第二部分研究了高分子纳米线及其气体传感应用。首先从高分子溶液中拉制出低损耗的高分子纳米线,并研究了其导波光学特性。然后研究了掺有荧光染料的纳米线的光学特性,发现导波激发能使纳米线的发光强度提高几个数量级。最后利用高分子纳米线搭建了光学气体传感器。在这个传感器中,利用一根拉锥微纳光纤通过倏逝波耦合将信号光输入高分子纳米线,并用另一根拉锥微纳光纤耦合输出,从而形成传输光信号变化的光学气体传感器。该传感器具有响应速度快、灵敏度高、小型化和结构简单等特点。如单根溴百里香酚蓝掺杂的PMMA纳米线可以检测到ppm量级的NH3,响应速度比传统薄膜传感器快1-2个数量级。另外,还使用双波长检测技术,在单根PANI/PS内米线上实现了氨气和湿度的选择性检测。在本文第三部分,通过纳米压印技术制备了高分子微纳光纤布拉格光栅。该制备方法简单高效,成本低,适宜于大批量生产。利用压印的PMMA光纤光栅进行了应变传感,发现比传统二氧化硅光纤光栅的灵敏度高。同时,还对应力传感中的布拉格波长蓝移现象作了定性的解释。在本文第四部分将光通过倏逝波耦合法输入到半导体纳米线里,研究纳米线的光电导效应。发现相对于体材料来说,半导体纳米线中的非本征光电导效应得到很大的增强。同时当入射光波长增加时,发现了负光电导效应和光电导淬灭效应。通过研究光电导与输入光功率的关系和时间响应特性,对这些非本征光电导效应做了定性分析和解释。最后从昆虫小眼的光检测结构中受到启发,利用在高温生长过程中移动蒸发源的方法,制备了类仿生结构的带隙梯度联系变化的CdSSe纳米线。基于本征光电导效应和光电导淬灭效应,在这些带隙梯度变化的CdSSe纳米线中实现了从可见到近红外区的宽光谱响应。在本文第五部分,提出用一维金属纳米线来制备表面等离激元(SPP)型传感器。首先对比了介质纳米线和金属纳米线中导波特性,指出了SPP型传感器的高灵敏和快响应潜在优势。然后把银纳米线放在对湿度敏感的PAM薄膜上,发现银纳米线对外界湿度的响应时间在几个ms量级,比PAM纳米线对湿度的响应快1到2个数量级。接着利用表面镀有钯膜的金纳米线来对氢气进行检测,发现金纳米线中1530nm探测光的透过率变化达到13dB,大大高于目前报道的基于钯的光学传感器的结果。最后研究了单晶的钯纳米线对氢气的响应,发现钯纳米线中有明显的滞后现象,在同一氢气浓度下的光强差可达20dB。该现象表明单晶钯纳米线有很好的储氢特性,有可能发展基于SPP的逻辑线路器件。