光学传感技术是一项融合了多种重要学科的综合性技术，在理论研究领域和实用生产技术中具有极高的科学意义和应用价值。随着疾病诊断、武器装备、环境监测等系统对传感器微型化、可携化、高灵敏度等需求的不断提高，微型光学传感器逐渐成为国内外研究热点。微环谐振器作为一种结构简单的微型光学器件，具有高品质因子、窄带宽、高集成度等优点，现已被广泛应用到温度、湿度、折射率等不同传感领域。本文以传感应用为背景，研究了不同结构微环的传输特性，并从理论和实验两方面对微环传感器的灵敏度与动态范围进行了深入分析，力争用更微小体积、更高灵敏度、更低廉检测成本实现对环境参数的测量。本文采用耦合模理论和传输矩阵法分析微环谐振器的传输特性。在串联双微环结构基础上，对结合型串联双微环的输出光谱特性进行深入研究，与相同结构参数单微环谐振器Through端口的输出光谱相比较，具有更高的谐振深度和Q值，表现出更好的带阻滤波性能；分析了全通型双微环谐振器结构的传输特性，得出半径相同时其谐振深度具有显著提高，为下一步研究微纳光纤环形谐振器特性实验提供理论基础。对微环传感系统的灵敏度和动态范围进行了详细研究，提出将基于硅绝缘体(silicon-on-insulator, SOI)波导的不同半径串联双微环谐振器应用于温度传感中，利用SOI波导的热光效应和热膨胀效应，采用光谱漂移检测方法，对该结构局部与整体感温特性进行分析，并证明该结构适用于大动态范围温度传感器设计。采用马赫-曾德尔臂嵌入型微环结构并选取聚酰亚胺为感湿材料设计湿度传感系统。通过数值计算得到聚酰亚胺聚合物脊状波导的光场分布特性和光波导的有效折射率，利用聚酰亚胺吸湿后引起波导有效折射率变化，对微环整体和局部分别感湿的情况进行了分析，仿真分析表明，当U型反馈波导与微环同时感湿时，该设计可实现单微环湿度传感器三倍的动态范围。搭建制作微纳光纤波导线和光纤微环的微操作实验平台，采用火焰加热法拉制微纳米级光波导，成功制作了各种半径的单个光纤环形谐振器、半径相同以及半径不同的全通型双环形谐振器，并对微纳光纤环形谐振器的光谱特性进行了实验研究。实验结果表明半径相同的全通型串联双微环与同半径的单微环相比，输出谱线更加陡峭，谐振深度更大，从而体现出双环谐振结构具有高消光比的滤波特性和高灵敏度的传感特性。