微小位移传感在诸多领域都起着至关重要的作用,例如结构健康监测领域、滑坡监测以及微观制造领域等。光纤表面等离子体共振（Surface Plasmons Resonance,SPR）传感器作为一种新型的高精度、高灵敏度、抗干扰的光纤传感器,已普遍应用于生物医学、食品安全和化学试剂检测等领域。然而,其在微位移测量方面的研究和应用却十分匮乏,在多维微位移检测方面的应用更是寥寥无几,且目前已提出的光纤SPR微位移传感器主要存在微位移量程窄、探针制作工艺复杂和传感结构稳定性差等问题。本文围绕光纤SPR微位移传感机理展开研究,重点解决微位移量与SPR产生条件难以建立联系和如何使倏逝波与传感膜接触的问题,力求设计一种探针制作工艺简单且传感结构稳定的大检测量程光纤SPR微位移传感器,并争取在此基础上探讨多维微位移检测的可能性。因此,本文具体研究工作如下:第一,对光纤SPR传感机理进行深入研究。针对光纤SPR的传感机理进行分析,研究SPR产生条件。再根据理论分析,建立光纤SPR传感条件与微位移量之间的联系。第二,对基于渐变多模光纤（Graded-Index Multi-Mode Fiber,GIMMF）自聚焦特性的微位移传感仿真研究。对GIMMF的自聚焦特性进行理论分析,探究改变纵向偏移量、轴向偏离角度以及横向偏移量对GIMMF中光路传播轨迹的影响,然后利用RSoft仿真软件对其中光场进行仿真研究。最后,根据仿真结果,利用Matlab仿真程序对SPR透射光谱进一步仿真研究。第三,提出了基于渐变多模光纤自聚焦特性的微位移传感器。通过控制单模光纤注光,改变其注光的纵向偏移量和轴向偏离角度实现光纤SPR微位移和微角度传感。经理论分析和实验证明,随着入射光的轴向偏离角度和纵向偏移量增大,传感探头透射光谱的共振波长均向长波长方向移动,其共振谷深度均随之增加。微位移传感的波长灵敏度和光强灵敏度分别为0.7084nm/μm和0.0236a.u./μm,微角度传感的波长灵敏度和光强灵敏度分别为2.417nm/°和0.0236a.u./°。第四,提出了基于渐变多模光纤异质芯结构的微位移传感器。通过对异质芯结构光纤的实用特性研究,再基于渐变多模光纤的自聚焦传播特性,设计制作了微位移传感探针,并分别研究宽光束和倾斜光束以纵向偏移量注光对微位移传感性能的影响。从实验结果表明,当在倾斜光束注光条件下,随着注光的纵向偏移量增大,传感探头透射光谱的共振波长往长波长方向移动,共振谷深度也随之增大,其波长灵敏度和光强灵敏度分别为0.5097nm/μm和0.0097a.u./μm,且微位移检测范围扩大至0-75μm。这为目前所提出的同类型光纤SPR微位移传感器量程的3倍。第五,提出了基于渐变多模光纤自聚焦特性的二维微位移传感器。通过将同轴双波导特种光纤（Dual Concentric-Core Fiber,DCCF）微加工成锥型端面结构,在同一光纤上构造两种不同的可用出射光场,再分别利用两个光场实现不同维度上的微位移传感,从而提出了一种基于渐变多模光纤自聚焦特性的二维微位移传感探针。根据实验结果表明,当给DCCF的环芯通过时,出射光场呈环形喇叭状,随着横向偏移量增大,SPR共振波长红移且共振谷深增大,在横向位移范围为10-310μm内,其波长灵敏度为0.6594nm/μm,光强灵敏度为0.00108a.u./μm。当给DCCF的中间芯通光时,出射光束略大于单模光纤的出射光束并且呈水平射出,随着纵向偏移量增大,SPR共振波长红移且共振谷深增大,其纵向微位移的波长灵敏度和光强灵敏度分别为0.3935nm/μm和0.00331a.u./μm,纵向位移量程为0-60μm。综上,本文提出了基于渐变多模光纤自聚焦特性的微位移传感器,在单根渐变多模光纤上实现了微位移与微角度双传感;并针对异质芯结构光纤进行研究,进而提出了一种基于渐变多模光纤异芯结构的微位移传感方案并进行验证,有效地降低了探针制作的复杂程度并提高了结构稳定性;最后,利用锥型端面的同轴双波导光纤注光结构与基于渐变多模光纤异质芯结构的微位移传感方案组合,有效实现了基于渐变多模光纤自聚焦特性的二维微位移传感。