中红外空心布拉格光纤在光纤结构、导光机制、材料体系和传输特性上与传统光纤的巨大差异，为其突破传统光纤的性能局限，拓展光纤光学的应用领域提供了可能。它的中红外空心导光特性使其适合作为高效率气体样品室提升光与气体的相互作用距离，在痕量气体传感领域有重要的应用价值。本论文面向中红外空心布拉格光纤在痕量气体传感中的应用，结合国家973项目“新型光电子器件中的异质兼容集成与功能微结构体系基础研究”和北京市自然科学基金项目“用于高灵敏度气体检测的中红外空心布拉格光纤”，系统地研究了中红外空心布拉格光纤的传输特性、制备工艺、气体传感应用以及光纤功能拓展。建立了空心布拉格光纤的理论分析方法并研究了其一维光子晶体包层的带隙特性和光纤模式特性；建立了中红外空心布拉格光纤直径波动影响光纤传输特性的理论模型，定量研究了光纤导波模式最大有效光纤长度与直径波动大小的关系，得出了中红外空心布拉格光纤的波动容限为6.5%的仿真结果，为光纤的工艺制备提供了理论指导在国内率先开展了中红外空心布拉格光纤的制备工艺研究。自主设计和建立了完整的中红外空心布拉格光纤的制备工艺平台和相关工艺规范。提出了预制棒参量与光纤拉丝比配合的中红外空心布拉格光纤传输波段控制方案。在国内首次制备出中红外空心布拉格光纤样品，其中10.6μm波段光纤样品传输损耗为2.35dB/m，3.3μm波段光纤样品传输损耗为4.55dB/m。理论研究并提出了使用中红外空心布拉格光纤作为样品室的痕量气体传感系统探测极限的计算公式。以甲烷为待测气体，利用传输波段在3.3μm附近的中红外空心布拉格光纤样品实验实现了痕量气体传感，并用指数稀释法测量了不同光纤长度下气体浓度探测极限，实验结果与计算公式相符。在空心布拉格光纤样品长度为0.86m时系统的探测极限最小，达到7.41ppm。提出并实验实现了采用一个周期内含两个高低折射率双层的一维光子晶体作为包层的空心布拉格光纤新结构，理论和实验论证了它的中红外波段多波长传输特性。利用2阶和3阶传输峰在3-7μm波长范围的光纤样品实验实现了对甲烷和一氧化碳气体的同时检测，论证了它在多组分气体传感中应用的可行性。