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微型化、集成化,是光学器件未来的一个重要发展趋势。当前,相比于集成的电子芯片,光子器件的微型化仍旧处于雏形验证阶段,离标准集成化的目标还有较远的距离。微纳光纤作为微纳光子学中一个近年来兴起的重要分支,以其直径小、光场限制能力强、损耗小、与单模光纤损耗低连接等的特点,有望成为光学器件微型化集成化的基本构建单元,在光纤传感、光纤通信及信号处理、微波光子学、原子与量子光学、光力学等领域引起广泛的研究兴趣。关于微纳光纤的材料、制备工艺、器件设计与装配、封装及应用等方面的研究工作都具有十分重要的意义。本论文围绕新型微纳光纤器件的机理与实现开展工作,并探索其在微波光子学中应用,主要包括以下内容：(1)介绍微纳光纤的研究背景,论述微纳光纤作为光器件微型化集成化的一种基本单元的可行性,然后综述了微纳光纤器件的研究现状；介绍微纳光纤的理论基础,分析其模场特性、色散特性和非线性特性；搭建机械微纳光纤的制备平台,以及微纳光纤器件的微操纵装配实验和测试平台,为器件的实验应用研究打下坚实的基础。(2)运用全矢量电磁场耦合模模型,理论研究了纵向光场耦合效应对折射率型微纳光纤布拉格光栅光谱特性的影响,发现此效应减弱相向传输的基模的耦合作用；在实验中,运用超快飞秒激光相位掩模技术,实现周期性浅纳米孔微纳光纤布拉格光栅的制作,得到10-3量级的折射率调制深度,获得透过率抑制比高于23dB.3dB反射带宽达1.14nm的高斯切趾布拉格光栅,研究微纳光纤布拉格光栅室温老化的物理机制,为完善器件的机理奠定基础。(3)提出一种新颖的在线型偏振相关微纳光纤干涉仪(PD-MFI),研究其偏振相关性的机理及其透射光谱的“游标卡尺效应”,实现该器件的制备,获得透过率抑制比在x和y偏振态上分别为12dB和20dB的PD-MFI:基于PD-MFI,提出并实现了一种结构简单、成本低廉、与光纤通信系统完全兼容的多极UWB信号全光产生的方案,获得极性可调的、频谱形状满足FCC规定的Doublet UWB信号。其中,正极性DoubletUWB信号的中心频率高达6.36GHz,-10dB带宽达7.86GHz:负极性的Doublet UWB信号中心频率为5.00GHz,-10dB带宽达7.97GHz。(4)提出一种基于高折射率差微纳光纤对的、结构简单的在线光子带陷滤波器,理论上研究该器件的带陷窄、单凹陷波长范围宽、以及结构紧凑等特点；在实验中,获得透过率抑制比超过30dB,单凹陷波长范围高达312nm的带陷滤波器；通过优化微纳光纤直径,在1.4μm-1.6μm波段范围内,实现了-10dB带宽低至2.24nm、器件长度小于500μm的单凹陷带陷滤波器,为简单微型化光器件的研究提供良好的思路。(5)首次报道一种在线红外激光烧蚀制备石英微球的方法,并展示一种新颖的、谐振波长宽带可调的Fe304纳米颗粒掺杂的石英微球谐振器。该微球具有独特的区域性光学吸收特性——回音壁模式的损耗低,而垂直其表面进入微球的光波的损耗高。利用微纳光纤倏逝耦合技术,实验获得了FSR为27.7nm、透过率抑制比达13dB的微球谐振器。在1550nm激光加热下,其谐振波长的调谐范围超过13nm(其线性调节范围超过8nm,达到1THz),其全光功率调节效率高达到0.2nm/mW.器件的谐振波长连续稳健可调,具有良好的实用潜力。