微光纤是指光纤的直径达到几个微米乃至百纳米级别、可与波长相比拟的光学波导,通常是由标准的通信光纤经过加热熔融、拉伸拉细制成。微光纤具有强倏逝场、高非线性、高韧性、低损耗等优点。由于微光纤具有较细的直径,不能很好的束缚住光场,光场则会以泄漏倏逝场的形式经过拉锥区域进行传输,正是可以利用这个显著特点,增强光场与外部环境的相互作用。微光纤被广泛应用到了传感、激光、生物化学等等领域。利用微光纤制作的微纳器件同样受到了广泛的关注,包括微光纤定向耦合器、微光纤谐振腔、微光纤萨格纳克干涉仪、微光纤光栅等等。这些器件实现了小型化,并且具有制作简单、成本低廉、结构紧凑等优点,得到深度研究与应用延伸。本文主要从耦合模理论出发,基于耦合原理,制作了两种微光纤器件,包括微光纤定向耦合器和线圈型谐振耦合器,并基于这些器件,结合弹光效应、热光效应与热膨胀效应等物理效应,实现了对电流、磁场、微流体流速的高灵敏度的传感测量。1.实验上利用氢氧焰扫火法成功拉制单根微光纤,可以同时保证低插入损耗与细小的腰区直径;除此之外,利用同样的拉制方法,可同时加热两根普通光纤,使得二者之间的倏逝场产生交叉耦合,实现了 2×2微光纤定向耦合器的制作。2.理论与实验上同时探究了在弹光效应作用下,微光纤定向耦合器的力学响应。轴向拉力的作用下,同时改变了微光纤的折射率大小与耦合区的长度,改变了整个器件的耦合效率与波导之间的功率分配。在此基础上,我们结合电流与磁场共同产生的安培力作用在微光纤定向耦合器上,利用耦合器双路输出的优点,结合差分的数学处理方法,通过识别输出功率分配的变化,可以得知恒电流下的磁场大小,或者恒磁场下的电流大小。3.其次,探究了微光纤定向耦合器的热响应。热效应包括热光效应和热膨胀效应。当微光纤定向耦合器置于一个温度变化的环境中,它的折射率与光纤的耦合区直径将随之发生变化,从而影响到两根波导之间的耦合系数,决定最终的输出光谱与强度。我们还发现在耦合区涂覆一层负热光系数的Teflon,可以减小耦合器的热响应,可以更好的应用到未来的通信领域中。除此之外,基于这种热效应,我们制作了一种微流体流速计。微流体通道外的金膜吸收倏逝场,形成热区,流速的变化,引起热区温度的变化,导致输出光谱的漂移。识别漂移量,可以得知流速的大小。利用该器件,我们将流速的测量灵敏度提升了近一个数量级。4.将单根微光纤的腰区缠绕在一根小直径的圆柱棒外数圈,控制圈与圈之间的间距,产生自耦合,从而制作了一种线圈型谐振耦合器。同样利用热光效应与热膨胀效应,改变微光纤折射率与腰区直径,影响谐振条件,改变了输出光谱。实验上,我们利用单层石墨烯作为一个电阻,在其两侧镀有金属电极,当有电流流经具有大表面电阻率的石墨烯时,产生大量的热,使得输出光谱漂移。通过识别漂移量,可以得知电流的大小。与之前报道的基于热效应的光纤电流传感器相比,灵敏度有两个数量级的提升。