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通过光纤局域结构的调控实现光纤中光传输控制,进而在单根光纤中实现各种干涉、形成具有特异性能的在线型光纤干涉仪,这是许多光纤功能器件实现的重要途径。本文以获取结构灵巧、尺寸小、性能稳定、制作成本低、使用便捷的高敏在线型光纤纤干涉仪为目标,以光纤干涉仪结构更新为突破口,针对在线型光纤干涉仪的设计、制作及传感性能进行研究。本文主要研究工作及其成果如下：首先,通过简介光纤干涉仪发展明晰其分类并规范其名称,界定“在线型”的具体指向,强调了光纤干涉仪结构对其性能的重要影响。以阐述各种光纤局域结构的控制技术,为本文光纤局域结构控制的实现做铺垫。在介绍光纤模式特性及有效折射率概念和计算方法的基础上,描述了光纤区域结构突变的波导耦合特性,为实现光束传输控制并形成光纤干涉仪提供理论指导。在总结各种在线型光纤干涉仪理论的基础上,借鉴干涉的空间频谱分析技术分析光纤干涉仪的光程差,为深入理解和分析局域结构控制在线型光纤干涉仪的形成机理、传感性能提供方法支持。然后,基于在线型光纤模式马赫-曾德干涉仪(IL-FMMZI)基本原理,提出了基于熔凸双锥对(UFBTP)的IL-FMMZI高敏折射率、弯曲传感器。采用UFBTP干涉区写入光纤布拉格光栅(FBG)方法,实现了折射率-温度和弯曲-温度的同时测量,有效解决了温度交叉敏感问题。为进一步提高UFBTP的折射率灵敏度,提出利用火焰扫描拉锥法和氢氟酸腐蚀成锥法增强UFBTP的倏逝场强度。在1.33-1.41折射率范围,UFBTP实验灵敏度可达-48nm/RIU;弯曲灵敏在特定曲率范围内,达到了-19nm/m-1。干涉区成锥可使UFBTP的折射率响应灵敏度提升2倍以上。进而,提出并实现了微光纤(MF)与常规单模光纤(SMF)的突变熔接,MF最小直径可达16μm。通过加工突变的光纤结构,实现了开腔在线型非本征光纤法-珀干涉仪(I1-EFFPI)和端头式在线型本征光纤法-珀干涉仪(IL-IFFPI),并对它们的光谱及传感特性进行了研究。研究表明,MF熔接的开腔IL-EFFPI的应力响应特性取决与MF的直径和长度,而其折射率响应则与MF的参数无关；对于腔长为～21μm、MF直径为44μm的IL-EFFPI,其折射率灵敏度在1.33附近为1331nm/RIU,应力灵敏度可达167.4nm/N。MF熔接的端头式IL-IFFPI的结构参数调整空间大,适合于小空间环境参数探测；对于腔长为～136μm的IL-IFFPI,其在25℃-1000℃温度范围内灵敏度达到15.3pm/℃,且线性响应良好。最后,采用MF与SMF的突变熔接方法,实现了两类在线型光纤MZI,即在线型光纤多模MZI (IL-FMMZI)和在线型光纤微腔MZI (IL-FCMZI),并进行相应折射率和温度的传感特性研究。对于腔长为-10mm、MF直径为～47μm的IL-FMMZI,其折射率灵敏度在1.33-1.38之间达到436.58nm/RIU。对于腔长为-688μm的IL-FCMZI,其折射率灵敏度在1.4444～1.4462区间高达-126056nm/RIU,温度灵敏度为～3lpm/℃,且线性响应很好。这种超敏的折射率传感器非常适于无损的生化传感。