单模光纤-多模光纤-单模光纤(SMS)结构的光纤传感器因其结构简单，制作方便，成本低廉等诸多优势而成为了研究热点。基于SMS结构，学者们开发了许多性能优良的光学器件，可应用于光纤传感领域和通信领域。
　　但是，现有SMS结构普遍存在灵敏度不高的问题。为此，本文提出利用飞秒激光的高分辨率特性，对SMS结构中的多模光纤段进行精密微结构加工，从而获得增敏的光纤传感器件。本文主要设计了三种微结构SMS光纤传感器构造，并用飞秒激光完成了加工制备；通过实验研究了其传感性能，分析了影响传感性能的关键因素。论文的主要研究内容和成果包括：
　　(1)设计了基于飞秒激光加工的周期性微槽结构，螺旋结构以及微腔结构。利用光束传播法对上述微结构进行了仿真计算，理论分析了各自的传感原理。实验研究了飞秒激光烧蚀多模光纤的各项加工参数，为后续传感器的实际制备奠定了基础。
　　(2)利用飞秒激光制作了一种周期性横槽微结构的SMS光纤折射率传感器。理论分析了该传感器的工作原理，实验研究了其传感特性，分析并明确了影响传感器传感特性的主要因素。实验结果表明，飞秒激光的能量和微槽的条数是影响该传感器折射率灵敏度的关键参数，还从理论角度分析了具体原因。
　　(3)利用飞秒激光在SMS结构上加工螺旋微槽，制作了一种高灵敏度的折射率传感器。实验结果表明，这种折射率传感器能在较大的RI范围内保持较高的折射率灵敏度，且可以通过增加飞秒激光能量，提升其灵敏度。此外，还研究了多模光纤长度与螺旋槽的螺距对传感器性能的影响。实验表明，多模光纤越长，灵敏度越低；而螺距变化则对灵敏度影响不大。该传感器同时具有高灵敏度和较宽RI测量范围，因此在化学、生物等检测领域具有较大的应用潜力。
　　(4)采用质量分数为8%的聚乙烯醇(PVA)溶液，基于提拉镀膜法在上述飞秒激光制作的螺旋微结构处镀制PVA，得到一种性能稳定的SMS结构湿度传感器。通过实验探索，研究了提拉法镀膜的工艺参数，并在SMS结构上成功镀制了PVA湿敏薄膜。测试结果表明，该湿度传感器具有较高的灵敏度，湿度增加或降低传感器响应基本可逆，并且在较长时间内仍保持稳定。基于毛细管效应，将上述螺旋结构的SMS光纤传感器封装在温度敏感材料异丙醇中，发现该传感器的温度灵敏度很高，可用于温度传感。封装前后的对比实验表明，相对于未增敏的传感器探头，封装以后的传感器其灵敏度得到了很大的提高。同时，温度灵敏度跟折射率灵敏度具有正相关关系。
　　(5)利用飞秒激光在SMS结构的多模光纤中段加工一个开口微腔，制备了一种高灵敏度的光纤折射率传感器，且该传感器可转用于气体压力传感。另外我们发现，在该传感探头里封装异丙酮，其温度敏感性得到大幅提升，因而也可以用于温度传感。通过实验测试，研究了该传感器的折射率传感特性、气压传感特性和温度传感特性。实验结果表明，该传感器在折射率、气压和温度检测方面均具有较好的应用潜力。