空芯光纤（HCF）是非线性光学、光纤传感和激光器等领域的强大载体,它包括空芯光子带隙光纤（PBF）、光子晶体光纤（PCF）、石英毛细管光纤（COF）以及多孔光纤（MHF）等。其中与单模光纤（SMF）直径相近且由管状包层和空气孔组成的石英毛细管光纤,特殊的空芯结构使其在与其他特种光纤熔接后,可制备出一系列结构简单、灵敏度高、响应速度快的级联结构传感器件。近年来随着光纤加工技术的进步,使得研究人员可以自由地设计具有更高精度和光学质量的复杂光纤形状。本文正是在基于石英毛细管光纤的前提下,设计并制备了多种光纤器件,应用在光纤光镊、光纤传感领域。具体研究内容如下:1、设计并制备了锥形毛细管光纤结构,该结构中的锥形过渡区可以使单模光纤中传输的基模激发成管状包层中传输的高阶模式,锥形结构可以使光纤尖端附近的光重新聚焦。使用980 nm激光器实现了对直径4-8mm的酵母菌细胞进行旋转、分流操纵,其中粒子短轴旋转的速度可达8.94 rad/s,粒子分流输运的平均速度约为10mm/s。通过有限元法对粒子操纵过程中的力学特性进行分析,计算了粒子旋转过程中不同角度时的力矩,获得了粒子分流过程中的总光阱力。此外,锥形毛细管光纤的制作方法简单、独特的锥形结构对光束的会聚效果好,具有较广泛的应用前景。2、提出了螺旋毛细管光纤的制备方案,分析了螺旋结构中存在的机制。通过优化扭转结构参数,提高了长周期光纤光栅的传感性能。实现了高灵敏度的应变、温度参量测量,且结构对于折射率参量不灵敏。当内径ID为10mm、周期数N为5、周期（?）为1200mm时,其应变和温度的灵敏度可达-9.29 pm/me和17.14 pm/℃。得益于消除了温度和应变参量之间的交叉响应,传感器在处于复杂环境时具有潜在的应用价值。总之,本文利用毛细管光纤作为新型光纤集成光子器件的载体平台,实现了对细胞的捕获、旋转、分流等光操纵,也实现了对应变、温度等参量的光传感功能。结合光纤微加工制备工艺,基于毛细管光纤的光子集成器件在多功能微粒光操纵、微流控、光传感、光成像等领域及相关交叉领域具有十分潜在的应用前景。