近年来,化学和生物物质检测在环境保护、疾病监测和药物发现等领域的重要性愈发凸显,基于锥形光纤耦合光学微腔产生的回音壁模式（Whispering Gallery Mode,WGM）具有超高的品质因数和较小的模式体积,使得WGM光学微腔耦合系统可对环境中的微小变化进行检测,并获得比传统微纳光学传感器更高的灵敏度和更低的探测极限,从而受到广泛的关注。此外,与WGM微腔结合的法诺（Fano）共振效应在生化传感应用方面,由于其不对称且高斜率的Fano线型可实现对灵敏度和探测极限的进一步提高,并且激发方法只需通过构造连续态与WGM干涉即可,同时得到广泛的研究。为了尽快将WGM光学微腔生化传感器从实验研究阶段向商业应用领域推进,对传感器的性能和工作稳定性提出了更高的要求。本文为了更好地应用与Fano共振效应结合的WGM微腔以实现性能提升的目的,一种更稳定高效的Fano共振激发方式需要被提出;并且还需解决目前面临的极小粒子诱导的模式劈裂现象不易识别问题;以及需要解决在生化传感应用中液相探测环境对耦合锥形光纤造成的不稳定工作状态问题。所以本文围绕限制WGM光学微腔传感器性能提升的因素和液相环境对锥形光纤造成的扰动问题开展了研究,具体研究方法和成果如下:（1）通过构建Add-Drop微腔耦合结构和微腔耦合光纤马赫曾得干涉仪（FMZI）稳定系统,成功实现通过Drop端反射光与光纤臂干涉产生无宽干涉条纹背景的Fano共振的高效激发,并证明了以Fano共振提供的高斜率线型作为传感信号,可实现对灵敏度的9倍提升作用。（2）通过构建Add-Drop微腔耦合结构中的Add端背散射光与FMZI系统中的光纤臂干涉,实现的Fano共振效应具有对不易识别的模式劈裂现象的光谱调制作用,通过拟合多特征点Fano双峰线型,可获得任意小待测粒子的折射率和尺寸信息,解决了对极小尺寸微粒型待测物的探测极限限制问题。（3）通过提出将WGM微腔传感器的耦合区域的锥形光纤与传感区域的液体的轴向分离式探测方法,实现了基于柱形微腔对液位和微粒的轴向位置探测,达到约40pm/mm的探测灵敏度,和基于柱锥形微腔对不同浓度的羊免疫球蛋白（G-Ig G）和癌胚抗原（CEA）浓度溶液的高灵敏度探测,获得了约0.4pm/（ng/m L）的探测灵敏度,不仅拓展了基于柱形微腔和柱锥形微腔的轴向位置探测能力,更是解决了耦合锥形光纤与液相环境共存的稳定性问题。