生物传感器不仅促进了生物技术的突飞猛进，而且在卫生保健、生物医学研究、环境监测、国土安全以及国防建设等领域发挥着越来越重要的作用。本研究利用微结构光纤包层空气孔构成生物分子微流通道，在掺杂微结构光纤中制作光纤Bragg光栅及长周期光栅，端面镀金属膜，从而形成双模激光谐振腔。再利用生物分子对包层有效折射率的扰动进而影响激光器中包层模传输特性来实现生物分子的快速免标记检测。主要内容概括如下：首先，详细讨论了有限元法的基本思想和求解过程，同时重点研究了折射率调制光纤光栅的耦合模理论以及结构性改变长周期光纤光栅的局域耦合模理论。其次，基于微结构光纤的模式特性和光纤光栅的耦合模理论，讨论了折射率调制微结构光纤光栅的理论分析方法。利用局域耦合模理论，对结构性改变长周期微结构光纤光栅的模式耦合情况进行了研究，并实现了透射谱的仿真。这为我们在理论上解释各种微结构光纤光栅的传输特性奠定了基础。再次，建立了一种等效折射率生物膜的简化模型来研究微结构光纤光栅的折射率传感特性，得到了微结构光纤Bragg光栅的谐振波长随通道内折射率变化的规律，数值模拟了折射率调制长周期微结构光纤光栅的折射率灵敏度并得到了折射率灵敏度与长周期光纤光栅各参数的关系。此外，还对结构性改变长周期光纤光栅的折射率灵敏度进行了研究。最后，利用微结构光纤Bragg光栅和长周期光纤光栅再结合其它的有源器件，通过不断优化各个器件的参数最终实现了双模激光输出，并从理论上证明了生物传感系统的可行性。