与电子器件一样，微型化、集成化也是光子器件发展的必然趋势。实现在波长或者亚波长尺度对光信号的操控对于构建超紧凑的微纳光子器件和高密集的集成光路具有重要意义。作为微纳光子器件的基本结构单元，微纳光波导在过去几年成为了国际研究的一大热点。其中，微纳光纤作为一种典型的微纳光波导具有制备简单，良好的直径均匀度和表面光滑度，可用于低损耗光传输，并在可见和近红外光学传输中表现出强光场约束、倏逝波传输和大波导色散等优良特性，已经引起研究者的极大兴趣。本论文基于微纳光纤强倏逝场这一特性，集中研究了几种新型微纳光纤传感器。首先通过严格求解Maxwell方程组研究了不同环境介质中微纳光纤的光学传输特性，包括实现单模工作的条件、传播常数和基模能量分布。这是研制各种微纳光子器件的理论基础。同时，理论建模了一个用于检测溶液折射率细微变化的高灵敏微纳光纤Mach-Zehnder干涉仪，并且研究了干涉仪的灵敏度、探测限等几个重要性能参数。其次，基于白光干涉传感原理和特性，提出了一种新型白光干涉微纳光纤传感器，并利用该传感器测量不同浓度葡萄糖溶液引起的折射率微小变化，实验验证了该传感器的可行性和价值。最后，设计了一种单敏感臂微纳光纤折射率传感器，该传感器的工作原理是基于光外差检测技术，同时也克服了制作多敏感臂方案给微操作所带来的困难。相比其他光纤传感器，这里所设计的微纳光纤传感器具有结构紧凑、灵敏度高、易于和其他光电器件兼容等优点，在生物、化学、医药和过程控制等领域有较大的应用价值。