在当今信息化、智能化的时代,对信息的传输、感知、提取是必不可少的环节,而传感技术则为这些环节的正常运转做有力支撑。以光波作为信号的载体,将光纤作为光波的传输媒质和检测外界参量变化的新型光纤传感技术在生物、医疗、军事、煤矿、石油管道、智能结构、大型建筑物结构健康检测等领域有着重要的应用。本文基于光纤微球的耦合特性、分光合光特性及锥形光纤的强倏逝场特性开发新型、低成本、易制作、高性能的光纤传感器。本文主要工作如下:1.介绍光纤传感器的背景、分类、应用。总结光纤传感器检测微位移、温度、折射率、液位等参量的最新进展,分析了其优点与目前存在的不足。推导光纤传感器的基础理论,为本文设计的新型光纤传感器的工作原理提供合理的理论解释。2.设计了一种基于单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)端面微球耦合的微位移传感器。阐述了光纤微球的制作方法并实验证实光纤微球的高耦合特性。光纤端面微球就相当于一个透镜,对光有一定的会聚作用,提高了光纤的耦合效率,增加了测量范围。实验结果表明:在室温下,0μm-3725μm的位移变化范围内该传感器的灵敏度为0.00401 dBm/μm。3.设计了一种基于光敏光纤(Photosensitive Fiber,PF)的高灵敏度温度传感器。将单模光纤微球和光敏光纤微球进行手动放电,熔成花生型结构,使其在干涉仪中充当光纤分束器和合束器。由于光敏光纤的纤芯掺杂硼和锗,导致纤芯的热光系数和热膨胀系数增大,对外界温度更加敏感且集成度高。实验结果表明:在44℃-64℃温度范围内,该传感器灵敏度为-386.96 pm/℃,线性拟合度达到99.76%。4.设计了一种基于蒸馏水包覆环形光纤耦合器的耦合区来探测温度的传感器。将一根单模光纤对折进行熔融拉锥形成环形光纤耦合器,相邻两根光纤在耦合区发生干涉,结合蒸馏水的热光效应对温度进行传感。并实验探究了不同拉锥长度对干涉光谱的影响。实验结果表明:温度在35℃-60℃范围内,传感器最大灵敏度为151.35 pm/℃,线性拟合度达99.99%。另外,本课题组提出一种低成本的解调方案,在单一波长处传感器灵敏度为0.311 dBm/℃,线性拟合度为99.825%。5.设计了一种单模光纤-锥形光子晶体光纤(Tapered Photonic Crystal Fiber,TPCF)-单模光纤(SMF-TPCF-SMF)结构的液位折射率双参量传感器。使用光子晶体光纤温度不敏感特性解决温度带来的串扰。另外,实验证明光子晶体光纤的塌陷区可以很好地充当干涉仪中的分束器和合束器,而且获得的干涉谱具有较好消光比。实验探究了不同拉锥长度对光子晶体光纤空气孔和干涉光谱的影响,并进行了理论解释。实验结果表明:在0 mm-10 mm液位范围内,传感器的最大液位灵敏度为0.58466 nm/mm(以水溶液为例)。在1.336-1.382折射率范围内,传感器的最大折射率灵敏度为195.969 nm/RIU。本论文对光纤微球与锥形光纤微结构传感特性进行了研究,以微位移、温度、折射率、液位等参量的检测为例进行探索,效果比较理想。若结合新型材料(石墨烯、磁流体)可以开发出更多参量的检测,有重要的研究价值和广阔的应用前景。