微结构光纤凭借结构灵活、性能优异的显著优势在数十年间受到了国内外科学研究者的广泛关注。随着微结构光纤制备和后处理技术的发展和完善，微结构光纤传感也开启了光纤传感领域的全新篇章。微结构光纤的设计制备和后处理对传感性能实现与增强发挥着关键作用。在光纤传感中，光纤模式特性对光纤干涉仪和长周期光栅性能会产生根本影响。微结构光纤可通过结构和材料优化直接实现适用于传感的固有光学特性，微结构光纤后处理则可通过光纤结构物理形变和折射率分布变化增强光纤模式特性。因此，本文的主要工作围绕微结构光纤设计制备、后处理和传感特性研究三方面展开：设计并制备了三种适用于光纤传感的微结构光纤，采用后处理手段增强光纤传感性能，实验研究基于特殊设计和后处理微结构光纤的传感特性。
　　本文首先简要介绍了微结构光纤导光原理及分类、微结构光纤传感器件和微结构光纤后处理技术。从理论分析和以全矢量有限元法为代表的仿真计算方法出发，通过包层几何不对称方法设计了两种结构双折射微结构光纤，实现了单一材料下的光纤高双折射特性；通过中心单一空气孔环形掺杂方式设计了一种环形芯空芯光纤，实现了对模式间干涉和反谐振反射光波导效应的有效抑制；通过包层周期缺失排布方式设计了一种包层缺失型全固微结构光纤，实现了强烈纤芯模式和包层模式在光纤中的共存。采用MCVD离子掺杂技术和堆叠-拉丝技术制备得到了设计结构和光学特性还原度较高的光纤，进行了光纤模式特性相关的验证测试。
　　根据微结构光纤结构和光学特性及传感应用不同，采用以二氧化碳激光加工、液体填充和酸腐蚀处理为代表的微结构光纤后处理技术，对光纤传感性能进行增强。通过热致周期拉锥制备了一种适用于液体填充的空芯长周期光栅，并采用液体填充方法实现了空芯长周期光栅纤芯管理与调谐；通过热致锗元素周期扩散方法制备了一种适用于高温传感的长周期光栅；通过基于氢氟酸腐蚀处理的方法实现了有利于提升折射率传感性能的光纤包层模式倏逝场增强。
　　通过搭建光纤传感实验平台，实验研究了微结构设计和后处理对传感特性的实现与增强效果。在双折射微结构光纤扭转传感与温度响应实验中，混合型和一字型双折射微结构光纤在Sagnac干涉仪中均表现出良好扭转传感特性，其中一字型微结构光纤以1.26×10-3的高双折射表现出温度不响应特性。在温度传感实验中，液体填充型空芯长周期光栅实现了纤芯模式管理和温度灵敏度增强，最高线性温度灵敏度提升了50余倍，可达-0.618nm/℃，且可稳定工作于-10℃低温环境。在高温传感实验中，基于高数值孔径光纤的热致元素扩散型长周期光栅经退火处理后，在室温至700℃的反复升温、降温过程中表现出稳定性能，线性温度灵敏度均达0.1nm/℃。在折射率传感实验中，酸腐蚀处理的包层缺陷型全固微结构光纤在马赫-曾德干涉仪中表现出机械强度良好和温度不响应的折射率传感特性，最高线性折射率灵敏度达2183.6nm/RIU。