光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber,PCF）凭借其前所未有的结构设计和独特控光能力,已经在光纤领域引起了广泛关注,特别是基于功能材料填充的PCF为光纤传感领域的发展提供了更广阔的空间。对外界参数的传感测量可以通过在PCF包层孔中填充不同的功能材料来实现,这极大丰富了传感的检测手段。在已有的研究基础上,本文从PCF的传感器设计出发,利用有限元算法对填充不同功能材料和不同传感方法的PCF传感器进行了研究,主要研究内容如下:第一,提出了一种基于磁流体（Magnetic Fluids,MF）渗透的PCF的高灵敏度弯曲传感器并具有温度补偿功能。特定的包层气孔填充了MF材料,以形成有缺陷的通道,并为光纤传感引入了新的自由度。以这种方式设计的结构可以在具有温度补偿的情况下同时测量弯曲曲率和弯曲方向。在-10 m^-1至10m^-1的曲率范围内,弯曲灵敏度可以达到-6.544nm/m^-1,并且具有高线性度。提出的二维（2D）弯曲矢量传感器不仅提高了传感精度和测量范围,而且降低了测量难度并简化了过程。第二,结合椭圆芯PCF和Sagnac干涉仪,提出了一种高灵敏度折射率（Refractive Index,RI）测量方法。我们分析了相位双折射和群双折射,并获得RI灵敏度对可操作波长λ的依赖性。通过将填充液体的椭圆形孔引入到光纤纤芯中,可以将RI灵敏度提高到10至20倍。此外,单核结构仅通过降低填充材料的RI即可转变为双核,并且光谱响应可通过更改主要的结构参数来调节。在1.463-1.467的RI范围内,平均灵敏度高达114967nm/RIU,其相应的分辨率为1.74×10^-66 RIU。最后以磁场测量为例作为应用,在89.9-271.0 Oe范围内,磁场灵敏度可达3.45nm/Oe。该测量原理也适用于其他感测领域,并且所提出的传感器对光纤弯曲不敏感,也没有制造复杂性。第三,基于Sagnac干涉仪,提出了一种用于甲烷浓度传感的改进的D形PCF。在PCF中水平分布了两个带有甲烷敏感膜的超大气孔,以缩短响应时间。在光纤纤芯中引入了缺陷孔以提高传感的灵敏度。此外,对传感器进行了理论分析,通过分析相位双折射B（λ,C）和群双折射Bg（λ,C）来获得气体灵敏度对可操作波长λ的依赖性。在0至3.5%的感测范围内,平均气体灵敏度高达36.64 nm/%。改进的D形高灵敏度PCF传感器具有抗交叉灵敏度的特性,这为甲烷气体监测提供了新的设计思路。最后,提出并分析了一种基于双芯PCF的高灵敏度甲烷传感器。对PCF的两个超大侧孔进行抛光并涂上甲烷敏感膜,以实现快速响应和高灵敏度。有限元方法（Finite Element Method,FEM）用于研究气体传感性能与结构参数之间的关系。在0%-3%检测范围内,气体灵敏度和低检测限分别达到4.60nm/%和435ppm。该传感器灵敏度高,结构简单,在环境气体监测中具有很大的实用价值和应用前景。该论文有图53篇,表15幅,参考文献130篇。