在现代光信息的研究中,光学微谐振腔占据着重要的地位。近年来,回音壁模式（whispering-gallery-mode,WGM）光学微谐振腔以其高品质因子和小模体积的特性,成为光学研究中的热门对象。在以往的WGM微腔耦合激发系统中,锥形光纤耦合的方式以其高效率被广泛应用,然而锥形光纤耦合系统稳定性差,且锥形光纤本身结构脆弱,耦合时极易受到外界环境的干扰,限制了WGM微腔的实用化。微结构光纤是一种二十世纪末期出现的新型光纤,灵活的结构设计以及微米量级的尺寸,使其在集成耦合上具备独特的优势。为了解决现有WGM微腔耦合系统稳定性差和实用性的问题,本论文提出一种基于微结构光纤的WGM微球腔集成耦合模型,对所设计的微结构光纤的纤芯结构参数进行优化并分析其模场特性,并对集成耦合系统进行理论验证,探索该系统的传感应用,主要工作如下:首先,介绍WGM光学微谐振腔的基本概念,包括其类型和应用。简单介绍了WGM光学微腔现有的耦合系统以及其中存在的问题,引出集成型的微结构光纤耦合系统,确定本论文的研究方向。从Maxwell方程展开对WGM微球腔和光纤中的电磁场理论分析,介绍了WGM微球腔的一些表征参量,并分析了微球和波导的耦合特性。其次,提出微结构光纤集成式耦合系统,设计多芯微结构光纤的仿真模型,并进行实物观测,验证了结构设计的合理性。利用气孔边角弧度曲率和石英壁厚度的变化对纤芯结构的影响,研究多芯微结构光纤中纤芯的模场分布,使用有限元软件仿真分析了WGM微球腔的腔内模场分布以其WGM微球腔对溶液折射率的敏感性。最后,将三维模型转换成二维平面,利用有限元软件仿真分析微结构光纤-微球腔集成系统的特性,通过系统的传输透射谱的变化确定纤芯直径1.2μm时与25μm半径微球的最佳耦合间距,并通过模拟外界填充溶液时系统对折射率变化的灵敏度,发现在1.0-1.03范围内灵敏度S可达786.6nm/RIU。