由于微结构光纤的结构可以灵活调整,因此表现出一系列优良的光学特性。随着国内外微结构光纤制造技术的提升以及研究的深入,利用微结构光纤来研究和设计各种光学器件逐渐变成热点。目前,已经报道了一系列基于微结构光纤的器件,比如:滤波器、传感器、波长转换器等。本论文分别设计了一种微结构光纤表面等离子体共振（Surface plasmon resonance,SPR）折射率传感器和一种微结构光纤偏振分束器。本论文的研究内容和取得的创新性成果如下:1、基于SPR效应的微结构光纤折射率传感器设计采用全矢量有限元法研究了微结构光纤SPR传感器的耦合和传感特性。为了增强SPR效应的强度,在D形光纤微结构表面设计了一种槽形结构,并在其表面加镀一层金属用于实现金属与分析物之间形成表面等离子体波。为了增强其结构的双折射特性,在所设计结构的纤芯处添加了两个小孔。为了实现对不同折射率的待测分析物具有较高的灵敏度,对所设计的微结构光纤SPR传感器进行了仿真研究和双波带测量。该微结构光纤SPR传感器,在0.75 μm至1.0 μm和1.2 μm至2μm的双波带范围内,最大波长灵敏度分别达到了 2000 nm/RIU和4000 nm/RIU。2、基于耦合模式理论的双芯微结构光纤偏振分束器设计利用全矢量有限元法研究了偏振分束器的耦合和传播特性,提出了引入三层椭圆空气孔来调节双芯微结构光纤双折射的偏振分束器方案。采用三维光束传输法对该偏振分束器的纤芯A和纤芯B中x方向偏振光和y方向偏振光的演化过程进行模拟,验证了设计方案的正确性。仿真结果表明,当光纤长度为254 μm时,所设计的偏振分束器在波长1.55 μm处实现了完全的光束分束;当其消光比低于-20 dB时,偏振分束器的带宽为48 nm,覆盖了整个C波段。所设计的偏振分束器可作为激光和传感系统中具有重要应用前景的光学元器件。本论文利用微结构光纤结构灵活可调的特性,对其在折射率传感器和偏振分束器的应用方面进行了探索,并完成了微结构光纤折射率传感器和偏振分束器的设计和研究。相关研究结果能够为可集成、高性能的微结构光纤器件的实现与应用提供重要的参考价值。