微纳光纤是由标准光纤通过熔融拉锥等手段制备而成。与传统光纤相比,微纳光纤的直径接近或小于光波长,一般在微米和纳米量级,而且纤芯和包层折射率差很大。微纳光纤具有强光场约束、强倏逝场、以及质量小等优势。这些优势使得微纳光纤在光通信、光纤传感、光纤激光器、光放大和光调制中有着广阔的应用前景。二模光纤支持LP01模式和LP11模式在光纤中传输,两种模式之间的干涉,会导致能量的交换和模式的耦合。二模光纤可以通过模分复用传输更大的数据流,增加通信容量。同时,由于模式较少,可以更加清晰地探索模式变换的过程。本文将微纳光纤和二模光纤相结合,研究了二模微纳光纤（Tapered two-mode fiber,TTMF）器件设计及应用。从TTMF的制备出发,分析了TTMF结构的模式特性,提出了基于级联TTMF结构的高灵敏度温度传感器,并将TTMF结构与掺铒光纤激光器结合,提出了一种波长可切换锁模光纤激光器,主要研究内容如下:1.基于空间和光谱（Spatially and Spectrally,S2）分辨技术的TTMF模场实时分析研究。介绍了TTMF结构的制备方法,和S2分辨技术的操作步骤,并对其模场进行了实时分析研究。分析了TTMF结构的传输模式,并证明在熔融拉锥的过程中,随着TTMF直径的逐渐减小,原本的纤芯几乎消失,包层成为新的纤芯,LP01和LP11模式被激发,成为波导包层模。这两种模式互相干涉,结合在一起,从而获得平滑的干涉传输谱。2.基于级联TTMF结构的高灵敏度温度传感器。先研究了单个TTMF结构的温度灵敏度。改变TTMF的自由光谱范围（Free spectral range,FSR）,可以发现,随着FSR的变小,灵敏度的绝对值呈指数增长。随后,以串联方式连接两个TTMF结构,构成新的温度传感器。得益于游标效应,串联之后的TTMF结构组成的温度传感器在25℃至60℃的温度测量范围内具有-3.348 nm/℃的灵敏度,灵敏度比单个TTMF结构提高了11.3倍。3.基于TTMF结构的波长可切换锁模光纤激光器。从仿真和实验两个方面证明,锥腰部分的直径越大,基于TTMF结构的滤波器的FSR越宽。利用TTMF结构的滤波作用,对腔内波长进行滤波和选择。当TTMF结构滤波器的FSR为8.5 nm时,激光器可以在两个不同的中心波长（1560.0 nm和1568.5 nm）之间切换并实现锁模。当TTMF结构滤波器的FSR为3.1 nm时,激光器可以在三个不同的中心波长（1531.8 nm,1564.9 nm和1568.0 nm）之间切换并实现锁模。