光纤传感技术的日新月异、迅猛发展离不开各种新型传感器结构的出现与应用，新的结构不仅丰富了光纤传感器的种类，更加深了人们对传感机理的认识，推动着光纤传感技术的不断前进。人们从简化制备工艺、降低器件成本、提高检测灵敏度以及增加可传感参量等方面出发，不断创造出新的微结构传感器，它们在苛刻环境传感、化学物质检测、生物医疗监测等领域已凸显了潜在的应用价值。本论文以新型微结构光纤传感器的研究为出发点，提出并制备了两种新颖的微结构传感器件，即微孔阵列光纤Bragg光栅（FBG）和光纤S锥马赫-曾德尔（MZ）干涉仪，并对所制备器件的传感特性进行了详细的研究。前者可承受1000℃的高温，具有极好的温度稳定性，并且可同时监测折射率和温度的改变，有望应用于高温环境下的折射率传感。后者具有很高的折射率及轴向应变灵敏度，比传统的FBG和光纤干涉仪传感器高1～2个数量级。基于光纤S锥结构，采用液体封装和聚合物封装技术又制作了两种高灵敏度的传感器用于温度和侧向负载的测量，并对它们的传感机理进行了深入的分析。本论文的主要内容如下：1.利用飞秒激光相位掩模法在普通单模光纤上制备了Type II型FBG，由于飞秒激光自聚焦效应，其光栅区从纤芯延伸到包层外缘。对制备的FBG进行了高温退火实验及应力传感测试，得到了相应的灵敏度分别为14.15pm/℃和1.465nm/N。根据HF酸对飞秒激光作用区选择性刻蚀的特性，对Type II型FBG进行化学刻蚀制作了微孔、微缝、微槽结构。通过对刻蚀过程的控制，制备出透射光谱良好的微孔阵列FBG，并对其折射率、温度、应力传感特性进行了研究，得到了相应的传感灵敏度，分别为17nm/RIU、14pm/℃和1.71nm/N。利用谐振波长和透射功率对折射率、温度进行了双参数传感，得到了相应的灵敏度矩阵。微孔阵列FBG继承了Type II型FBG的耐高温特性，可用于高温苛刻环境下的折射率传感。由于微孔结构只是对包层进行了部分腐蚀，相比于包层全腐蚀的FBG折射率传感器，该结构具有更好的机械强度和稳定性。2.利用光纤熔接机偏轴拉锥法制作出了一种新颖的S锥结构，分析发现其工作原理类似于MZ干涉仪。改变制备条件，得到了不同结构参数及光谱特性的光纤S锥，并研究了其制备时的重复率。利用光束传播法分析了光纤S锥中的模式耦合问题，对其MZ干涉原理进行了介绍。详细研究了光纤S锥的传感特性，包括温度、折射率、轴向应变，得到了S锥的折射率灵敏度最高为2124nm/RIU，轴向应变灵敏度达到-183pm/με，此外，室温范围S锥对温度不敏感，无需进行温度补偿。对光纤S锥进行改进，通过端面镀银得到了反射式的S锥探头。研究了探头的折射率及温度传感特性，制备出温度不敏感的光纤S锥探头折射率传感器。作为一种新颖的MZ干涉仪结构，光纤S锥与传统的双耦合器MZ干涉仪相比，具有非常明显的优势，包括：1、器件结构简单，在一根单模光纤上即可完成S锥的制作，单端输入单端输出，无多次光纤连接，具有更好的稳定性；2、制备工艺简洁，只需要一次光纤偏轴拉锥，极大的降低了制备成本；3、器件尺寸小巧，S锥长度小于1mm，可在空间狭小的特殊场合使用，且有利于集成化应用；4、传感灵敏度高，S锥的应变灵敏度比普通的FBG（1pm/με）高2个数量级，折射率灵敏度与LPFG处于同一量级，比普通的光纤干涉仪传感器高1～2个数量级。3.基于毛细管液体封装技术，利用AB胶将光纤S锥封入含有甘油/水混合溶液的毛细管内，得到了液封光纤S锥。对液封S锥的温度传感原理进行了分析，指出其灵敏度的三个来源，包括AB胶的热膨胀效应、折射率液的热光效应及其液压作用。研究了液封S锥的温度传感特性，得到其温度灵敏度最高为-1.403nm/℃，比普通FBG高两个数量级。该器件制备工艺简单，封装后结构紧凑，整体尺寸可小于10mm。其温度检测范围为20～50℃，适用于生物、医学传感领域，如细胞培养、手术温度监测等。4.采用聚合物封装技术，将光纤S锥封装进PDMS制备出了侧向负载/温度传感器。分析了封装时S锥的位置对侧向负载传感灵敏度的影响，以及封装时是否施加轴向预应力对传感响应线性度的影响。对PDMS封装光纤S锥传感器的侧向负载及温度传感原理进行了详细的分析，推导出传感器的负载和温度灵敏度公式，并估算了灵敏度值。对制作的两种传感器（器件1：S锥所在平面垂直于封装层顶面，无轴向预应力；器件2：S锥所在平面与封装层顶面呈45度角，封装时两端加上0.2N预应力）的负载和温度传感特性进行了详细研究。得到最大的侧向负载灵敏度为-29.0nm/N，最高的温度灵敏度为-2.17nm/℃。基于双波长解调法，对器件2的负载/温度双参数传感过程进行了分析。