随着光纤及光子器件制造技术的不断发展完善，各种新特性、新结构光纤也不断涌现，并成为开发新型光子器件的必然发展趋势。在光纤传感领域中，多芯光纤的低成本和高密集度得到了越来越广泛的关注。基于多芯光纤的传感器具有结构小巧轻便、操作方便灵活和可实现多个参量同时测量的优势，因此本文主要研究多芯光纤（包括传统的光纤和光子晶体光纤）在传感领域中的应用。一方面对传统的多芯光纤传感特性进行了系统的理论研究；另一方面设计了几种新型结构的多芯光纤，并通过数值模拟方法研究其特性以及在传感领域中的应用。另外还对高双折射光子晶体光纤的传感特性进行了实验研究。在传统的多芯光纤研究方面：根据多芯光纤的远场干涉理论对传统的多芯光纤传感机理作了讨论；根据光纤光栅的耦合模理论研究了多芯光纤光栅的传感机理，对传统多芯光纤光栅的弯曲及横向力传感特性进行深入地研究，计算并讨论了四芯光纤光栅的横向力传感与横向力大小、方向及光纤包层外径之间的关系以及弯曲传感与弯曲曲率和弯曲方向的关系。提出侧面抛磨的D型结构四芯光纤的模型，对其弯曲传感机理进行详细的理论分析，通过数值计算研究了D型四芯光纤光栅的弯曲传感特性与抛磨厚度之间的理论关系和曲线，与通常圆对称的四芯光纤光栅相比其具有更高的弯曲灵敏度。在多芯光子晶体光纤研究方面：提出了具有圆形和椭圆形复合空气孔结构的新型双芯光子晶体光纤。其中一类是不对称纤芯型，另一类是不对称包层型的。基于有限元法，计算了这种结构的双芯光子晶体光纤的模场分布，模拟分析了其双折射以及耦合长度，讨论光纤的各个结构参数对其双折射及耦合特性的影响。研究结果表明我们所提出的复合孔结构比单圆形孔结构的双芯光子晶体光纤具有双折射更高、耦合长度更短的特性，为进一步开发新的光学器件提供了有一定的参考价值。提出了由不同大小的椭圆空气孔所构成的不对称包层型结构双芯光子晶体光纤压力传感器，建立了该传感器的压力传感机理。通过数值分析法，对其压力传感特性、压力传感灵敏度与椭圆率、大小椭圆的半轴比值的结构参数之间的关系进行了的研究讨论。与单一圆形空气孔结构的双芯光子晶体光纤比较，该传感器具有更高的压力传感灵敏度。研究了双芯光子晶体光纤干涉仪的输出光谱响应特性及其在传感中的应用。首先，根据双芯光子晶体光纤的双芯结构，基于不同的机理提出了双芯光子晶体光纤Mach-Zehnder干涉仪及模式耦合干涉仪，研究讨论了基于双芯光子晶体光纤干涉仪的传感机理，并制作了相应的干涉仪；其次建立了双芯光子晶体光纤干涉仪的横向力传感机理和弯曲传感机理模型；最后从实验上对双芯光子晶体光纤的传感特性进行研究。通过测量输出光谱的波长移动，实现了对横向力和弯曲的传感。实验结果与建立的理论传感模型相符。在高双折射光子晶体光纤研究方面：研究了高双折射光子晶体光纤在传感领域中的应用。基于Sagnac干涉仪的基本原理，研究制作了高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪。建立了高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的应变传感机理模型，并从实验上对其进行研究；研究了液体填充后的光子晶体光纤与普通光纤的熔接问题，制作了用于温度传感的液体填充高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪，给出了其传感的机理，并从实验上对其传感特性进行了研究。给出了应变、温度传感的实验结果，与所建立的理论传感机理相一致。