自从微细加工技术发展以来,微米尺度的光学表面结构被不断地设计制作出来并应用于医疗、通信、电子等各个领域,在光学这个学科上就此诞生了微光学这个前沿学科分支。微光学是研究尺度在微米量级上的光学功能器件以及表面微结构,而光纤又可以使光路变得简单易于使用,将光纤与微光学技术结合能够进一步扩大微光学的应用领域。本论文着重对光纤微光学元件尤其是光纤锥结构进行了理论分析和数值仿真,并研究制备工艺实际加工出了高精度的光纤锥结构,通过光纤锥结构良好的准贝塞尔光束聚焦特性,本文成功地将其应用在了激光直写、激光二极管耦合、光镊、亚波长聚焦领域,为光纤微光学的应用和发展做出贡献。本论文主要有一下内容:首先,本文简单介绍了光纤微光学技术的课题背景和发展历程,重点叙述了其中光纤锥结构产生准贝塞尔光束的聚焦特性。其次,本文对光纤微锥结构的聚焦过程做了理论推导并进行了数值仿真,并简单的介绍了现有的微锥结构加工方法,选用机械研磨法实际制作了高精度的光纤微锥结构,并对出射光束进行了测量,为下一步的实际应用打下基础。再次,本文详细阐述了基于磨锥光纤的激光直写技术制作微型锥透镜的制备过程,实现快速高精度的制作微锥透镜,并分析了再制备过程中磨锥光纤角度、磨锥光纤与UV树脂间距、紫外激光功率及曝光时间对成型徽透镜的影响,成功应用该技术实现微透镜阵列和光纤微透镜的制作。然后,本文简单分析了激光二极管与光纤耦合的现状,总结对比了现阶段常见的几种耦合方式的效率及优缺点,提出使用激光直写方法制作光纤微透镜用于激光二极管耦合,并详细描述了在Zemax中建立模型进行仿真的过程,介绍了光纤微透镜的制作流程,并对实际耦合效率进行了测量及优化,实现了最高最高53.5%的耦合效率。接着,本文介绍了光镊的研究现状,分析了空间型光镊和光纤型光镊的各自优缺点,本文结合了 LP21模式的弯曲无关性和旋转线性特性以及光纤锥结构优良的聚焦性能,搭建了新型的四斑光镊系统,并突破性地实现了光纤光镊对生物细胞低损伤的捕获、移动和旋转操作。此外我们还积极尝试了双光纤光镊系统,实现了对生物细胞的悬浮捕获和三维操控。此外,本文研究了亚波长聚焦的研究现状,基于角谱合成理论提出了结合光纤的双锥型亚波长聚焦结构,对该结构进行了详细的理论分析和数值仿真,并开发了一套完整的工艺制备该双锥结构,采用刀口法对聚焦光斑进行测量且得到了半高全宽(FWHM)0.41λ的亚波长聚焦光斑。最后,对本文的研究工作做了简单的总结并对光纤微光学技术做了展望。