微纳光子器件的研究涵盖微米及纳米尺寸上光信号的产生、调制与探测等各个方面。微纳光纤作为一种典型的微纳光学基础结构,具有低的传输损耗、大比例的倏逝场、小的弯曲半径以及重量轻、易操作等特点,是微纳光子器件研究的重要基础。然而微纳光纤的材质一般为SiO₂,受自身材料的局限,发展微纳光纤器件的功能受到限制。考虑到微纳光纤自身的强倏逝场容易与周围介质发生相互作用,因此引入功能材料与微纳光纤复合成为了可行方案。石墨烯作为一种典型的二维材料,独特的原子结构赋予其诸多优异性能,如优异的光热性能,此外石墨烯的制备工艺成熟简单,片状石墨烯能方便地修饰包括微纳光纤在内的各种微纳光子器件,石墨烯与微纳光纤的结合,成为了微纳光纤器件研究的新思路。因此,本文结合石墨烯与微纳光纤各自的特征,提出了两个石墨烯辅助微纳光纤器件并研究了器件的应用性能:一个是石墨烯包裹的微纳光纤直波导器件,探究了器件在光操控领域中的应用;另一个是三明治型石墨烯包覆的弓形微纳光纤器件,并将其应用于全光调制与温度传感领域中。论文主要研究内容包括:1.通过求解麦克斯韦方程组,并结合微纳光纤模场仿真探究微纳光纤的光学传输特性。研究了微纳光纤的直径、工作波长等因素对模场分布的影响:当微纳光纤直径越小、工作波长越长时,微纳光纤对光的限制作用越小,更多的能量泄漏到周围介质环境中。2.提出了一种石墨烯包覆微纳光纤直波导器件,并且通过实验探究了器件在光操控方向的应用。将制备得到的石墨烯转移至器件表面,石墨烯紧密包裹在微纳光纤直波导的锥腰区域。通过控制入射光的功率大小,可以实现该器件的不同功能:（1）当入射光功率较低,微纳光纤自身的光学力（散射力与梯度力）起主导作用,利用光学力可以有效捕获液体环境中的微粒。（2）当入射光功率在适宜范围（30⁹0 mW）,器件能够实现单个气泡的稳定生长。利用微气泡周围存在的马兰戈尼对流,该器件可以收集液体环境中的微粒。（3）当入射光功率较高时,液体环境中多个微气泡剧烈生长,脱离微纳光纤后的气泡在液体中聚集成“气泡云”,并且微纳光纤器件周围存在漩涡可以捕获单个或多个气泡,实现捕获对象的旋转与自组装功能。3.提出了一种三明治型石墨烯包覆弓形微纳光纤器件,并实验探究了器件在全光调谐及温度传感方面的性能。该器件的干涉峰波长随着外部照射的泵浦光功率的增大而发生红移,测得调制效率为2.04 pm/mW。此外,该器件可以用于温度传感,当环境温度上升18.6℃时,波长蓝移1.53 nm,温度传感灵敏度为79.01 pm/℃。