光纤马赫-曾德尔（M-Z）传感器具有制作简单,结构紧凑,灵敏度高,响应速度快等优点,被广泛应用。其在进行曲率传感时虽然能够判断弯曲量大小,但不能识别弯曲方向。在进行扭转传感时存在扭转灵敏度偏低,无法判断扭转方向的问题。不能识别弯曲方向的原因是光纤沿着中性轴对称分布,在受到任意方向弯曲时,光纤总是一侧被压缩,另外一侧被拉伸,不同方向弯曲导致的有效折射率差变化是一样的,因此不能识别弯曲方向;不能识别扭转方向的原因是光纤是圆柱对称的,顺时针和逆时针扭转作用在光纤上的效果是一样的,干涉模式之间的有效折射率差变化趋势相同,干涉波长都朝着一个方向移动,因此不能够识别扭转方向,同时模式之间的有效折射率差变化较小,扭转导致的波长移动较小,因此扭转灵敏度低。为了实现弯曲和扭转方向识别及扭转增敏,需要破坏光纤的圆柱对称性,基于此本论文设计了两种非对称结构光纤M-Z弯曲矢量传感器和一种非对称折射率调制的光纤M-Z扭转矢量传感器,实验结果表明,本论文提出的传感器可有效解决曲率传感过程中弯曲方向的识别与扭转传感过程中方向的判断及扭转增敏问题,并对多个传感参量有优越的性能。（1）为了解决光纤M-Z传感器在弯曲方向识别上存在困难的问题,提出了一种新型的非对称结构光纤M-Z弯曲矢量传感器,该结构首先构造多模-单模-多模（MSM）光纤异质芯结构,再利用CO2激光器在中间段单模光纤包层上加工出等间距的锯齿型结构,由于单模光纤上部分包层被锯齿状去除,此时纤芯不再处于光纤中性面位置,当传感器在0°方向或180°方向弯曲时,会导致纤芯模式与包层模式的光程出现增大或减少,进而干涉波长会呈现红移或蓝移,从而实现弯曲方向识别。（2）为了解决非对称纤芯包层干涉型M-Z弯曲矢量传感器在测量弯曲时,易受温度及应变干扰的问题,提出了一种基于纤芯内模间干涉的弯曲方向识别理论,并基于此理论提出了一种新型的D型多模光纤的非对称结构模间干涉传感器。该传感器由单模-D型多模-单模构成。由于是在D型多模纤芯内发生干涉,不同纤芯模式对温度,应变的响应较为接近,当温度,应变改变时,有效折射率差变化较小,导致干涉波长移动较小,因此对温度、应变的灵敏响应较低,同时D型非对称结构的设计使得其在进行曲率传感的同时能够识别弯曲方向。（3）为了解决光纤M-Z传感器在扭转方向识别上存在困难以及对扭转灵敏度较低的问题,提出了一种新型的哑铃型光纤结构,通过Filon模型原理设计出哑铃光纤非对称结构,提高纤芯中受应力的大小,从而增大扭转灵敏度再利用氢氧焰拉锥机在哑铃光纤上进行螺旋加工,进一步增大了扭转灵敏度,并且在非对称折射率调制下,不同方向扭转时,纤芯与包层模式之间的光程差分别出现增大或减少,干涉波长出现红移和蓝移,从而实现扭转方向识别。