光纤是弱约束波导。光纤模式表征光纤结构的固有电磁共振特性。对于某一给定的光纤波导，能够存在的模式数是固定的，而且每个模式的性质也确定了，而耦合进光纤的激励源只能激励起给定光纤中允许存在的模式，而不会改变模式的固有属性。　　1970年，美国康宁公司制成世界上第一根石英光纤，自此光纤通信技术迅速发展。现如今，光纤通信已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中的作用重大。光纤传感技术紧跟光纤通信技术的脚步，应运面生。光纤传感技术以光纤为传输煤质，光波为载体，感知和传输外界被测量信号。光纤本身具有众多的优良性能，比如:质量轻，易弯曲，不带电，体积小，抗辐射，抗电磁干扰，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一经问世就受到极大重视，几乎被应用到各个研究领域，推动着传感技术蓬勃发展。基于模式理论的光纤传感器，是光纤传感器中重要的一类。但随着社会通信总量剧增，光纤通信也在不断升级换代，业内已有报告指出，光纤通信容量的瓶颈期已到来。所以，如何增加通信容量，成为亟待解决的难题。本文中，一方面，基于光纤模式的研究，我们设计了一种全光纤光子轨道角动量发生器。线偏振光通过发生器产生轨道角动量模式的光束。由于轨道角动量模式的正交性，而且它可以被调制并用于通信领域，这样从光波的另一维度大大的提高通信容量。另一方面，我们也将多模光纤的模式理论应用在了光纤传感上。OTDR作为检测元件，长距离的普通多模光纤(MMF)作为远程传输光纤。用一定溶度的氢氟酸(HF)溶液腐蚀光纤制作传感结构。制作多个传感结构，以检测多处的液体泄漏情况，形成一个分布式的液体泄漏检测复用光纤传感器。本文的主要内容包括:　　首先，简单描述了本文的研究背景。紧接着，简单介绍了光纤模式应用在传感上的研究现状，详细介绍3种基于模式原理的光纤传感技术。然后介绍了光纤传感技术的基本原理、分类和应用。最后介绍了本论文的主要工作及创新点。　　其次，回归到本质，详细探讨了几种光纤的模式传输理论。根据光纤里的光波传输模式的不同，可分成单模光纤和多模光纤。其中，少模光纤的传输模式数量介于单模光纤和多模光纤之间。这对于本文的研究，奠定了理论基础。　　然后，基于有效介质理论，我们设计了一个全光纤光子轨道角动量发生器。从背景出发，介绍了该发生器对光纤通信的意义。根据有效介质理论，确定所设计结构的形状、结构的各个参数，比如螺旋环的高度、沿着相位角逐渐变化的宽度。用FDTD软件进行模拟仿真，并对其进行分析。使用产生的OAM模占产生的总光强的纯度表征发生器的性能。通过计算OAM模式的光在少模光纤的纯度，分别探讨了产生的OAM模在少模光纤中传播不同距离的稳定性、输入光的波长、偏振方向、螺旋环的最大宽度对发生器性能的影响。　　最后，介绍了光纤模式泄漏用于液体分布式监测。从OTDR用于液体泄漏检测的原理入手，分别介绍了OTDR的检测原理和传感结构的传感原理，并使用rsoft软件仿真论证。之后，使用一定浓度的氢氟酸溶液腐蚀掉多模光纤的包层和一部分芯层，制作传感结构。本论文以水为研究对象，将制作好的传感结构暴露在空气和水中，进行传感研究。当制作多个传感结构时，形成分布式的光纤复用传感器，这是本文的创新独到之处。两种传感器实验结果和理论研究完全一致。能够很好的应用在工程实践中。