基于多模干涉理论的光纤传感器，不仅具有普通光纤传感器的抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高等优点，而且其结构简单，成本低廉，易于加工，在近几年得到迅猛发展。本文对基于多模干涉理论的光纤传感器所涉及的相关原理进行了详细的介绍，并运用BPM数值模拟方法，对单模-多模-单模（SMS）光纤结构内部传输光场分布情况进行仿真模拟，分析了不同光纤结构参数和外界物理参量的改变对光纤结构内部传输光场分布情况的影响，最后以基于多模干涉理论的SMS光纤结构折射率传感器、湿度传感器、液位传感器为例，探讨了基于多模干涉理论的光纤传感器在各传感领域的应用潜力。本文的主要工作内容具体叙述如下：1、对基于多模干涉理论的光纤传感器所涉及的基础理论知识（如模式耦合理论、多模干涉原理、倏逝波理论）进行了详细的介绍，并通过理论推导得出基于多模干涉理论的SMS光纤结构传感器输出透射谱中谐振波长的计算公式，进而推测该传感器的传感原理，为后续传感器的应用研究奠定理论基础。2、采用BPM数值模拟方法，计算了单模-多模-单模（SMS）光纤结构内部传输光场分布情况，并分析了在不同输入光波长、多模光纤长度、纤芯直径以及纤芯外界折射率条件下，光纤结构内部传输光场分布情况及其输出透射谱的变化规律。从而进一步探讨了基于多模干涉理论的光纤传感器在各传感领域的应用潜力及传感规律。3、采用单模-多模-单模（SMS）光纤结构，设计并制作了基于多模干涉理论的光纤折射率传感器、光纤湿度传感器和光纤液位传感器。实验结果与数值模拟结论基本一致，从而验证了模拟的准确性以及所得传感应用的可行性。同时，进行了比较实验研究了不同多模光纤长度及纤芯直径对折射率传感灵敏度的影响，实验结果显示，在一定范围内，多模光纤长度越长，纤芯直径越小，折射率灵敏度越高。另外，通过实验发现，基于多模干涉理论的SMS光纤结构传感器不仅可以进行波长解调，在特定波长范围内还能够进行强度解调，这为设计低成本，高灵敏度的光纤传感器开创了新的平台。本文从理论、模拟、实验三个方面对基于多模干涉理论的光纤传感器进行研究，主要创新点如下：1、利用BMP数值模拟方法对SMS光纤结构传感器的传感特性进行详细分析，预测其在各传感领域的应用潜力。2、对基于多模干涉理论的SMS光纤结构传感器在折射率、湿度、液位三个物理量检测领域的传感应用进行研究，并通过比较实验研究了SMS光纤结构中多模光纤的长度和纤芯直径对折射率传感灵敏度的影响；本论文的研究内容，不仅丰富了光波导理论，而且为基于多模干涉理论的光纤传感器的产业化，商业化发展奠定了坚实的基础。