微纳光纤耦合器是一种采用热熔融拉伸法使多根光纤变细并熔融在一起,能够实现光耦合、分束等功能的无源光纤器件。微纳光纤耦合器不仅具有普通光纤器件的传输损耗低、体积小巧和抗电磁干扰能力强等优势,还具有微纳光纤的高非线性和强倏逝场等显著特点,其传输光谱对耦合器自身参数和环境参数的变化非常敏感,因而成为一种理想的光纤传感器件。近年来,针对微纳光纤耦合器传感特性的研究越来越深入,相关应用研究也日渐丰富,逐渐延伸到光谱学、非线性光学、生物医学等领域。微纳光纤耦合器所具有的超高环境折射率敏感性和多端口易集成等独特优势,使其在高灵敏度、多参量以及多通道传感中具有较高的研究价值。本文以微纳光纤耦合器的光传输、耦合理论为基础,围绕高灵敏度温度传感、温度和折射率双参量传感和高灵敏度与大动态范围的应变传感等重要问题,提出了基于不同构型的微纳光纤耦合器传感方案,并通过理论分析和实验验证研究了相应的传感特性。提出了一种异丙醇浸润微纳光纤耦合器的高灵敏度温度传感器构型,并对其温度传感特性进行了研究。异丙醇具有较高的热光系数,将微纳光纤耦合器的耦合区浸润在异丙醇中,能够将环境温度变化有效的转变为微纳光纤耦合器的环境折射率变化,从而将微纳光纤耦合器对环境折射率超高的敏感性转变为对温度的敏感性。在30℃-40℃温度范围内进行了温度传感实验,获得的最高温度传感灵敏度为-6.20nm/℃,相比现有的微纳光纤耦合器温度传感方案,温度传感灵敏度至少提高了一个数量级。提出了一种基于微纳光纤耦合器的温度和折射率双参量传感器构型,并对其传感特性进行了研究。使用一段高双折射保偏光纤将微纳光纤耦合器的同侧两个端口连接,形成基于微纳光纤耦合器的光纤环形镜,使用保偏光纤和微纳光纤耦合器分别进行了温度和折射率的传感。实验探究了传感器的温度和折射率响应特性,通过保偏光纤传感区获得了最高-1.33d B/℃的温度灵敏度,通过微纳光纤耦合器获得了最高12020nm/RIU的折射率灵敏度。提出了一种基于微纳光纤耦合器的复合型应变传感器构型,并对其应变传感特性进行了研究。基于微纳光纤耦合器的多端口优势,将微纳光纤耦合器、马赫曾德干涉仪和Sagnac环级联,微纳光纤耦合器作为高灵敏度、小动态范围的应变传感通道,马赫曾德干涉仪作为大动态范围的应变传感通道。使用微纳光纤耦合器获得的最大应变灵敏度为-9.70pm/με,使用马赫曾德干涉仪获得的应变灵敏度为-0.89pm/με。该应变传感器能够分别满足高灵敏度小量程和低灵敏度大量程的传感需求。本文的研究工作充分利用了微纳光纤耦合器的光学特性,构造并实现了多种基于微纳光纤耦合器的新型光纤传感器,为高灵敏度温度传感、温度和折射率双参量传感以及双通道应变传感提供了有效的方案,使得基于微纳光纤耦合器的光纤传感器性能得到提升,从而具有更广阔的应用空间。